第8章 土动力特性的测试设备与测试方法

2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
2
1 土动力特性的试验内容
土动力特性试验包括室内试验和现场试验，内容为： （1）将土的试样按照要求的湿度、密度、结构和应力 状态制备于一定的试样容器之中（现场试验时即为现场土 的实际件）；
（2）施加不同形式和不同强度的振动荷载作用；
（3）测量出在振动作用下试样的应力和应变； （4）对图形和有关指标的变化规律作出定性和定量的 判断。



2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
7
2.1 常规动三轴试验
（二）试样制备

成型：为试验制备一个适宜于三轴试验的圆柱形试样； 密度：使试样达到预定的密度； 饱和：使试样达到最好的饱和度； 均匀性：使试样的上下均匀一致。
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
8
2.1 常规动三轴试验
第八章 土动力特性的测试设 备与测试方法
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
1
第一节
概述
土动力学的产生和发展与实验测试密切相关。
土在动荷作用下的变形、强度发展规律以及表征这些 特征的基本指标必须通过室内或现场的准确测试，才 能认识或确定。测试设备、测试方法和测试技术是试 验成果可靠性的关键。

动力载荷试验：

（1）准备：①在刚性板上安装激振器，要求板和激振器 的重量至少在地基上产生6.06kPa的应力；②调整振动器 的频率，使其达到预定的动应力强度和振动频率。（2） 施加静荷载：用重物在板上加静荷，观测变形，直至稳 定。
（3）施加动荷载：静载变形稳定后开始振动，使其运行 N周，测出板的沉陷量，从而确定基础的沉陷量。 动力载荷试验也可测定土的原位剪切模量。


理分析。
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
9
2.1 常规动三轴试验
（四）试验成果

1、动模量：振动三轴试验测定的是动弹性压缩模量Ed， 动剪切模量Gd可由Ed之间的关系换算得出；
2、阻尼比：确定阻尼比时，先从每个试验记录具有 代表性的波形中选取一个周期，求出此一周内不同时 刻对应的动应力和动应变，作出动应力－动应变滞回 曲线，然后再求出滞回圈的面积和三角形的面积，即 可算得阻尼比；

பைடு நூலகம்
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
10
2.1 常规动三轴试验

3、动强度：动强度是一定振动循环次数下使试样产生破 坏动应变时的振动剪应力。可作出动摩尔库仑包线，进而 求出动强度指标； 4、动变形：土在动荷作用下的变形特性通常表示为轴向 动应变ε d与振动次数N的关系。 利用动三轴试验资料，还可以根据研究的需要作出 多种形式的整理分析。


2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
17
3.4 动力旁压试验

旁压仪下端的探头为一带孔的金属圆筒，下端用圆筒形薄 膜包裹。当受静压时，探头即可膨胀，堵住钻孔。当液压 马达带动液压活塞往复运动时，即向钻孔施加动压力。动 压力的大小由伺服控制器调节，由压力传感器量测。体积 的变化由位移传感器量测。
广东工业大学岩土工程研究所
13
第三节
现场测试的设备与方法
现场测试是研究土动力特性和土体动力稳定性的重要 手段。现场测试的途径：
1、在现场激振，产生动荷作用条件，测定土的实际 性状，探讨土性指标及应力应变规律。这类的方法包括波 速试验、波动试验、动力载荷试验及动力旁压试验等。 2、原型观测：在实际的土性和动荷条件下进行。
室内测试的设备与方法
1.常规动三轴试验 2.共振柱三轴试验
3.室内模型试验
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
6
2.1 常规动三轴试验
（一）试验方案

土性条件：主要模拟所研究土体实际的粒度、湿度、 密度和结构；
动力条件：主要模拟动力作用的波型、方向、频幅和 持续时间； 应力条件：主要模拟土在静、动条件下实际所处的应 力状态； 边界条件：主要模拟由于土的不同排水边界对于地震 作用下孔压发展实际速率的影响。

动力旁压试验可以求得土体的等效剪切模量和等效阻尼比。
3、实录分析：在实际的土性和动荷条件下进行。 4、搜集资料进行统计分析。
2013-7-26 广东工业大学岩土工程研究所 14
3.1 波速试验

现场波速法的原理：根据测得的振源与接收器之间的距离 和剪切波（或压缩波）到达接收点经过的时间算出波速， 然后求出弹性模量。 波速法按其激振和接收方式的不同分为：表面地震法（直 达波法和反射波法）、钻孔检波法（上孔法、下孔法）和 跨孔法（双孔法和多孔法）。目前常用跨孔法。
（1）成样设备系统 （2）激振设备系统 按工作原理分为：机械式激振、电磁式激振、电 动－液压式激振和气动式激振。目前，常用的是电磁 式激振和电动－液压式激振。 （3）量测设备系统 传感器、放大器和量测器是量测设备系统的基本 器件，构成了电测的基本系统。
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
5
第二节

2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
11
2.2 共振柱三轴试验
试验方法及原理
共振柱三轴试验是在一定湿度、密度和应力条 件下的土柱（实心或空心）上，施加纵向振动或扭 转型振动，并逐级改变驱动频率，测出土柱的共振 频率，再切断动力，测记出振动衰减曲线。然后， 根据这个共振频率以及试样的几何尺寸和端部约束 条件，计算出试样的动模量或动剪模量，根据衰减 曲线计算出阻尼比。

2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
15
3.2 波动试验

波动试验是在现场设置基础上，安装激振器作为振源，由 振源出发布置几条测线，沿测线在以不同距离布置一系列 测点，记录每个测点上的振动波形，据以测定剪切波速和 波在土中的衰减系数。
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
16
3.3 动力载荷试验
（三）试验方法

制备试样：要成型一个粒度、密度、饱和度和均匀 性都符合要求的圆柱形试样； 施加静荷：在试样的侧向和轴向按照要求控制的应 力状态施加一定的侧向压力和轴向压力； 施加动荷：在试样完全固结后施加动应力； 测记参数：在试验过程中对各试验量值进行量测记 录，形成振动三轴试验记录表格，以供试验成果整
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
3
2 土动力特性试验的组成部分
土动力特性试验包括： （1）试样成型 （2）激振（加动载） （3）量测 以上三部分是有机联系的整体。相应的成样设备、激振
设备和量测设备三大系统构成了土动力试验的基础。
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
4
2 土动力特性试验的组成部分
2013-7-26
广东工业大学岩土工程研究所
12
2.3 室内模型试验
试验方法及原理
模型试验是一种研究土体动力特性的重要方法，
它是将原型土体的尺寸按一定几何比尺缩小为模型后， 对其按要求的相似条件选定材料，施加静动荷载，测 定出应力、应变，最后反算到原型。模型试验包括普 通模型试验和离心模型试验。
2013-7-26