季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究.doc

季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究随着国家经济建设程度的提高,“一带一路”战略的布局,寒区交通网络与房屋建筑工程日益增多,建设中面临着很多季节冻土相关的地基振动分析以及地震灾害风险评价等问题,以往关注较少的冻土动力学性能逐渐受到重视;由于受研究条件的限制,以往通过低温动三轴试验获得的冻土动剪切模量阻尼比参数,其可靠性有待提高。本文以国内首台低温共振柱仪为试验平台,对低温共振柱试验技术进行了摸索;对粘土、粉土及砂土三种典型土类进行了一系列不同温度、含水率及冻融循环次数的共振柱试验,并总结其动剪切模量阻尼比参数的变化模式及规律;初步研究了Ⅰ、Ⅱ类理想含季节冻土场地工况中的地震反应。试验技术从围压介质入手,经过方案比较,将氯丁橡胶膜与硅油作为围压介质;通过实测结果与前人成果,选择冻结时长为24h,而冻结温度则按照不同土类进行选择。按这套技术进行低温共振柱试验,测试结果离散性小且可靠性高。使用先进可靠的低温共振柱试验技术,研究负温下三种典型土类动剪切模量阻尼比变化的基本模式,并提出温度修正系数及其计算方法。结果表明,无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关。开展对不同含水率、负温的三种典型土类试样的低温共振柱试验,研究了负温及含水率对修正系数的影响,给出了考虑含水率修正系数及计算方法。结果表明,对某一种土,双因素(含水率和负温)的修正系数曲面形态主要受负温项控制,含水率项影响较小;而对不同土类,曲面形态相近但数值不同。在含围压环境下对三种土类试样进行冻融循环,测试它们的低温动剪切模量和阻尼比,研究其冻融循环修正系数的变化规律。结果表明,修正系数变化规律与土类有关;不论哪一种土,冻融循环对其剪切模量阻尼比均有弱化作用,工程上需要采取措施减轻这种弱化作用。建立Ⅰ、Ⅱ类场地含冻土层理想土层模型,使用国内广泛使用的等效线性化程序进行计算。结果表明,多数情况下冻土层对Ⅰ、Ⅱ类场地有减震作用,而且随着冻深的增厚,减震效果更加显著;Ⅰ类场地低烈度下一些工况中冻土层会增强地震动,这与德都地震群震害现象有类同之处。