荷载频率对动模量阻尼比影响的试验研究

目前荷载频率对动模量阻尼比影响规律尚无较为统一认识,定量结果尚少。采用新型高精度动三轴仪试验,研究不同荷载频率对典型砂土和黏土动模量阻尼比影响问题,并以此为基础从对地震动影响角度讨论考虑荷载频率相关动模量阻尼比必要性。结果表明:对砂土而言,荷载频率对其动剪切模量影响不大,随着加载频率的增大,阻尼比略有减小,但差别基本可以忽略;对黏土而言,荷载频率对其动剪切模量和阻尼比有重要影响,随着振动频率的增加,动剪切模量增大,阻尼比减小;黏土参考剪应变随荷载频率增大而增大,二者呈递增的指数函数,当f≤1 Hz时,影响十分明显,当1 Hz<f≤3 Hz时,有一定影响,当f>3Hz时,影响不明显;黏土最大阻尼比随频率的增大而减小,二者呈递减的指数函数,当f≤10 Hz时,影响较为明显,当f>10 Hz时,影响程度显著减弱;采用两组频率下模量阻尼比曲线计算黏土层地震动,地表加速度峰值和反应谱差别很大,且随着震动增强而显著增大,说明考虑黏土层动模量阻尼比的荷载频率相关性是十分必要的。

振动频率对饱和砂卵石土动模量和动阻尼比影响的试验研究

通过饱和砂卵石土室内动三轴试验,将不同振动频率对动模量和动阻尼比的影响进行了较为细致的研究,分析了饱和砂卵石土的动力特性随振动频率的变化规律。试验结果表明,振动频率的改变对动模量没有显著的影响,但是在总体上来说阻尼比随振动频率增大而减小。

加荷频率对粉土动模量和阻尼比影响规律的试验研究

本文通过动三轴实验来分析了粉土的阻尼比及动模量受到初始剪应力、固结压力和加荷频率等因素的影响机制,同时深入地探讨加荷频率所造成的具体影响规律,发现在增加振动频率之后,将会提升动模量的值,然而其增幅不大;粉土的阻尼比受到振动频率的影响不明显。所得结果有助于指导工程项目中合理地选择相关的动力参数。

基于相关函数理论的动模量和阻尼比计算新方法

基于相关函数理论,提出一种新的计算动三轴试验动模量和阻尼比的方法。假设土体为黏弹性体,采用自相关函数分析应力、应变波形的平均幅值,进而计算动模量;采用互相关函数分析应变滞后于应力时程波形的相位差,进而计算阻尼比。利用饱和珊瑚砂、南京细砂和原状粉质黏土的不排水应变控制分级循环加载试验数据,分析结果表明:动模量和阻尼比计算的相关函数法对不同土样具有普适性;应变幅值小于1×10^(-4)时,相关函数法计算动模量及阻尼比的精度明显优于传统的滞回圈法;应变幅值大于1×10^(-3)时,土体呈现强非线性特性,应力-应变滞回圈不对称,相关函数法计算的阻尼更为可靠。

超高阻尼隔震橡胶支座的频率相关性试验研究

研究各种因素对高G值超高阻尼隔震橡胶支座(简称SHDR)水平力学性能频率相关性的影响。采用反复加载的试验方法,研究G值大于等于0.8MPa的SHDR支座在不同水平应变、不同竖向压力、不同温度、不同内部橡胶G值(0.8MPa,1.0MPa及1.2MPa)以及不同加载顺序情况下的水平性能频率相关性。分析上述各种因素对高G值SHDR支座的等效刚度及等效阻尼比频率相关性的影响程度,给出除温度外综合考虑上述各种因素后的拟合经验公式。研究表明,竖向压力、水平应变、支座内部橡胶G值和频率加载顺序对其影响较小,而温度对其有较大程度的影响。总体上讲,支座在常温下的等效刚度整体随加载频率的增加而呈非线性增加,而等效阻尼比随频率的增加而呈非线性减小。

辽西风积土动剪切模量与阻尼比特性试验研究

研究辽西风积土的动力特性离不开其动剪切模量与阻尼比这两个最基本的参数.通过一系列动三轴试验,分析了围压、固结比、振动频率对原状风积上的动剪切模量与阻尼比的影响情况,并探讨了其产生的机理.通过试验数据分析表明,风积土的动剪切模量随围压的增大而增大,但阻尼比随围压的增大而减小;动剪切模量随固结比的增大而增大,阻尼比随固结比的增大而减小;动剪切模量和阻尼比均随振动频率的增大而增大,但影响较小,不如前两个因素明显.

同一试样上的多级加载动弹模量和阻尼比试验

动弹模量和阻尼比是土动力分析中最重要的参数,利用动三轴仪器对重塑黏土进行试验,研究了一个试样改变试验围压、固结比进行多级试验的方法,考虑先期应力大小,提出了2种试验方法,并与常规方法进行比较。结果表明:方法 1得到的动弹模量、阻尼比与常规方法相差很小,但方法 2得到的动弹模量较常规方法大,采用方法1代替常规方法可有效节省试样数量;根据黏性元件理论分析了振动频率对动弹模量的影响,并通过试验得到了频率对黏土动力特性的影响,最后研究了一个试样进行多级频率试验的方法,得出先期较大频率动荷载对后期较小频率试验影响很小,但先期较小频率动荷载会影响后期较大频率的试验,引起动弹模量衰减,同时造成最大阻尼比减小;一个试样进行多级频率试验时,先进行大频率试验,后进行小频率试验,试验成果与常规试验一致。研究成果有利于提高土动力测试技术,对动力特性研究有积极作用。

确定砂土动剪切模量和阻尼比的方法对比

确定土体动剪切模量的常用方法有规范法、Kumar法和自相关函数法,确定相应阻尼比的方法有规范法、Das and Luo法、Kokusho法、Kumar法和互相关函数法,为了分析不同方法所产生差异,实现定量化对比分析,笔者以福建标准砂(粒径为0.5~1.0 mm)为研究对象,采用不排水的应力控制动三轴试验,探讨不同的确定土体动剪切模量和阻尼比方法的差异性,并给出了不同土体条件建议选用的方法。结果表明:1)3种方法确定动剪切模量的结果有一定的差异,随剪应变的增大结果的差异逐渐增大,有效围压对结果的差异性有所影响,当剪应变为4×10^(-3),有效围压为100 kPa时,3种方法差异显著,相对误差最大接近20%;2)而5种方法确定阻尼比的结果差异显著,随着剪应变的增大,5种方法确定的阻尼比相对误差大体上均在迅速减小,只有规范法在有效围压为100 kPa时,其相对误差有较小的增大趋势;5种方法中,Kumar法确定的阻尼比最接近平均阻尼比,互相关函数法远高于平均阻尼比,Das and Luo法和Kokusho法确定的阻尼比基本一致但低于平均阻尼比。建议以后的工程应用中,加载方式为应力控制时,可采用自相关函数法确定动剪切模量,采用Kumar法确定阻尼比,二者确定的动剪切模量和阻尼比均最接近平均值。

基于模态分析的土石路基回弹模量评定方法

为探讨土石路基回弹模量的一种快速测定及评价方法,将压实的路基视为一个多自由度系统,基于试验模态分析理论,通过锤击法和承载板法分别进行了土石路基振动模态和回弹模量测试。采用Levy法识别得到路基的固有频率和阻尼比,建立了2个模态参数与路基回弹模量间的经验方程。结果表明,路基模态的1~3阶固有频率、1~3阶阻尼比与回弹模量相关性显著,表明可利用压实路基的模态参数实现路基回弹模量的快速评定。实际应用时,可先通过试验路段建立与选定路基模态参数和回弹模量相关性最强的回归方程,然后在正式路段上通过振动模态测试与方程即可得到回弹模量。

不同含水率下赤泥改良土的动弹模及阻尼比研究

为研究不同初始含水状态下赤泥改良土的动力学参数,利用GDS动三轴仪对不同含水率下改良土进行了不同频率下的循环加载试验,研究分析了振次、含水率、加载频率对改良土动弹性模量和阻尼比的影响。试验结果表明:动应力幅值一定时,动弹模随振次增加基本无变化,阻尼比随振次增加呈波动变化,且提出并证明了可用第10振次下的动弹模阻尼比值代表各级荷载下的动弹模阻尼比值;动弹模随动应变幅值的增加先增大后减小,并用二次函数对其进行了拟合,阻尼比随动应变的增加先减小后增大;改良土动弹模在其最优含水率处达到最大,较高的含水率使改良土动弹模明显下降;较小应变幅下动弹模随频率增加而减小,较大应变幅时动弹模随频率增加而增大,阻尼比在加载频率较高时较大。

考虑频率参数协调的频率相关等效线性化方法

基于土动力试验呈现出的土体动参数频率相关特性,结合一维等效线性化理论,建立了能够考虑动三轴或共振柱测试频率Rf和波速测试频率f(vs)相协调的频率相关等效线性化方法。首先,基于国内外不同学者的试验结果,回归建立了土体剪切模量-频率和阻尼比-频率关系式,推导得到了规准化频率相关土体剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系式;其次,对频率无关等效线性化方法进行了改进,传递函数采用频率相关的剪切模量和阻尼比,建立了频率相关的等效线性化方法;最后,采用频率相关和频率无关等效线性化方法,分别对单层覆盖层均质线性场地和单层覆盖层非线性场地进行了不同工况下的土层地震反应分析计算,计算结果表明:1)试验室土动力性能参数测试频率Rf对地震响应影响较大,波速测试频率f(vs)影响较小;2)采用动三轴试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果略低于频率无关方法结果。采用共振柱试验给出的土动参数,频率相关方法得到的结果大幅高于频率无关方法结果。

循环荷载的频率和幅值对砂岩动力特性的影响

岩体动力参数的取值关系到岩体结构工程动力计算结果是否符合工程实际。鉴于实际动力荷载的频率和幅值都可能在一定范围内变化,设计了综合考虑频率和幅值变化的循环加、卸载试验方案,分析这两种因素对砂岩动应力-应变滞回曲线、动弹性模量、阻尼比和阻尼系数等动力参数的影响。研究结果表明:(1)应力-应变滞回圈的形态与加卸载的频率和幅值有关,频率越大则越饱满,幅值越大则越狭长;(2)循环荷载频率从0.02 Hz增至1.00 Hz,砂岩的阻尼系数逐渐减小,而阻尼比和动弹性模量逐渐增大,比较而言,阻尼比和阻尼系数变化幅度较大,动弹性模量的变化幅度较小;(3)循环荷载应力幅从10 MPa增至35 MPa时,砂岩的阻尼比逐渐减小,阻尼系数变化不大,而动弹模逐渐增大,比较而言,应力幅对动弹性模量的影响较大。研究成果可为岩石动力参数的合理选取提供较好的参考。

加载频率对反滤料动变形特性影响的试验及细观数值模拟研究

在动三轴试验过程中,加载频率对动模量和阻尼比的影响目前还没有定论。基于室内动三轴试验结果,采用二维颗粒流程序PFC2D模拟了筑坝反滤料在不同加载频率(f=1.0、0.5、0.1、0.05 Hz)条件下的室内动三轴试验。数值模拟结果与试验结果基本吻合,试验结果表明,(1)当f≥0.1 Hz时,频率对动模量和阻尼比的影响可以忽略;当f<0.1 Hz时,模量在小应变情况下会有所降低,但随着应变的增大会趋于一致。(2)阻尼比在f=0.05 Hz时波动比较大,但与其他频率条件下的阻尼比相比都在一个较小的区域内,可以认为频率对阻尼比基本没有影响。

多频段循环荷载下海洋黏土动力特性试验研究

为探究海洋土的动力特性及动力影响因素,采取原状黄海海洋黏土,利用GCTS动三轴试验系统开展室内试验研究,探讨偏应力水平、动应力幅值和动荷载频率对海洋土动应力应变关系和动孔压的影响规律,分析动剪切模量和阻尼比的变化特征。试验结果表明:海洋黏土的动应变随偏应力水平提高和动应力幅值增大而增大,且具有显著的频率效应,低频段动荷载(0.02~0.1 Hz)引起的动应变累积量高于高频段动荷载(1~10 Hz)的应变累积量;在低频段动荷载作用下,土样内超静动孔压显著上升,而在高频段下,动孔压的累积变化量很小;土样的动剪切模量对动荷载的频率反应不十分明显,仅在低频段,动剪切模量会随动荷载频率的提高略有下降,但是会随动应力幅值增加而显著提高,随偏应力水平提高而显著下降;土样的阻尼比对动荷载频率也很敏感,在低频段,阻尼比随频率的增大而降低,在0.1 Hz时的阻尼比最低;在高频段,土样的阻尼比随动荷载频率增加明显提高,提高幅度可达到1倍以上;阻尼比会随动应力幅值增长而略有减小,随偏应力水平提高而略有增加。

加载频率对粘性土动力特性影响的试验研究

通过在不同的振动频率1 Hz、4 Hz、8 Hz、10 Hz情况下,研究了粘性土的应力应变曲线、动模量曲线和阻尼比曲线与振动频率的关系,讨论了振动频率对粘性土的动力特性的影响。结果表明:在这四种频率作用下,粘性土的动本构关系均服从双曲线模型;振动频率在应变较小时对土的动模量影响较小、在应变较大时影响较大;振动频率对于粘性土的阻尼比则具有较大的影响。

加荷频率对土体动力特性影响的试验分析

通过在不同的振动频率情况下,试验场地土的应力-应变曲线、动模量曲线和阻尼比曲线与振动频率的关系,讨论了振动频率对粘性土的动力特性的影响。结果表明:在这4种频率作用下,粘性土的动本构关系均服从双曲线模型;振动频率在应变较小时对土的动模量影响较小、在应变较大时影响较大;振动频率对于粘性土的阻尼比则具有较大的影响。

基于LabVIEW的GMT振动阻尼性能实验研究

采用基于Lab VIEW的悬臂梁自由振动衰减实验研究了轻质玻纤增强热塑性复合材料(GMT)的密度及悬臂梁长度对其阻尼比、固有频率及动弹性模量的影响。实验结果表明,GMT的阻尼比和固有频率随GMT材料密度、悬臂梁长度的减小而增加,动弹性模量随GMT材料密度、悬臂梁长度的减小而减小。

用震级和距离参数修正土层反应的等效线性化方法

传统等效线性化波动法主要的缺陷之一,是当基岩输入地震动较强时,高频段算得的频响放大倍率比实际场地的实测结果明显偏低.该缺陷可能导致低估重大工程的设计地震动参数的严重后果,因而是亟待解决的重要问题.本文认为,现行基于土的剪切模量和阻尼比的频率相关性修正等效剪应变的做法有其合理性,但不便应用并可能具有较大的不确定性;由于震级可以影响地震动的频谱特征,通过震级调整等效剪应变的做法也可视为按照频率调整等效剪应变.由于距离与震级一样也可以影响地震动的频谱特征,本文提出通过震级M和距离R参数修正等效线性化的方法EQLM(M,R),并用算例说明,等效线性化方法的上述缺陷可以通过本文提出的EQLM(M,R)方法得到一定程度的改善.

动荷载作用下兰州地铁黄土的动力变形特性研究

摘要文章通过对取自兰州市轨道交通1号线的黄土施加不同优势频率的地铁循环荷载进行动三轴试验，并通过与1Hz等幅正弦循环荷载作用下的动三轴试验结果进行对比，分析了地铁动荷载作用下兰州黄土的动应力一动应变关系、动剪切模量比和阻尼比特征，研究了地铁循环荷载作用下兰州黄土的累积变形特性。结果表明：振动频率对黄土动力特性和累积塑性变形的影响显著，随着振动频率增加，达到一定变形所需的动应力明显增大；频率越小，动剪切模量比随动剪应变的增大衰减较快，动剪应变相同时Gd/Gdmax最小；振动频率为2．5Hz时黄土在相同动应变下的动应力和Gd／Gdmax均最大。不同振动频率的循环荷载作用下黄土的累积塑性变形均经历急剧变形、缓慢变形和稳定三个阶段，但在缓慢变形和稳定阶段，达到一定变形所需的振动次数随振动频率的增大而增大。频率范围为0．4-0．6Hz的地铁振动荷载对兰州黄土变形的影响最为显著。

地铁荷载下宁波软黏土冻融水泥土动力学特性研究

在复杂软弱地层条件下,为有效抑制人工冻结冻胀融沉,可采用水泥土改良后人工冻结二次加固,水泥土冻融后的动力学特性,对地铁隧道长期运营至关重要。运用GDS动三轴仪研究水泥掺入比、振动频率及振次对冻融水泥土动应变、动弹性模量及动阻尼的影响。结果表明:冻融水泥土水泥掺入比越大,滞回圈面积越小,呈现先快后慢发展的趋势,其累积塑性应变最大减小50%;在其它条件相同情况下,动弹模随振动次数的增加而非线性减小,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性增大;动阻尼比随振动次数的增加而非线性增加,随振动频率升高、水泥掺入比的增大而线性减小,并存在变化临界值;软土水泥土冻融前后的动力学特性有一定差异,一次冻融后的强度较冻融前减小6%;工程中联络通道周围产生非均质冻融水泥土水泥掺量应大于5%;地铁长期循环荷载的后期作用对软土水泥土加固冻融后的动力学特性影响很小,工程中可以不予考虑。