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冻土的动力学参数是寒区工程设计、场地地震安全性评价必不可少的内容之一,各参数计算方法的合理性是工程设计、评价的根本保障。
鉴于此,本文以粘弹性理论为基础,对等效线性化模型的两个参数,动弹性模量和阻尼比的计算方法进行了研究;并采用室内试验的技术手段,研究了频率、围压和温度对各个参数的影响,以及不同条件下,动应变幅和滞回曲线的变化特征,取得的主要成果如下:
(1)采用平均值来表征各级加载下土的动应变幅。不同条件下,动应变幅随加载级数的增加而增大。相同加载级数下,动应变幅随频率的增加而减小;随着围压的增加,青藏粘土的动应变幅基本保持不变,兰州黄土的动应变幅逐渐减小;随着温度的降低,青藏粘土的动应变幅先减小再增加,兰州黄土的动应变幅逐渐增加。
(2)不同条件下,εp、α、θ、d和S随振次的增加变化不大,采用各参数的平均值来定量表征每一级加载下滞回曲线的不闭合程度、宽窄程度、向应变轴的倾斜程度、密集程度和面积特征。
(3)对于青藏粘土和兰州黄土,频率越高,滞回曲线越闭合;围压对不闭合程度的影响不大。对于青藏粘土,温度越低,滞回曲线越闭合;对于兰州黄土,不闭合程度随温度的降低先增大再减小。对于青藏粘土,不同条件下,不闭合程度随动应变幅的增加而增大;对于兰州黄土,大部分情况下,不闭合程度随动应变幅的增加逐渐变大。
(4)对于青藏粘土和兰州黄土,频率越高,滞回曲线越窄。围压对青藏粘土滞回曲线宽窄程度的影响不大,但随着围压的增大,兰州黄土滞回曲线越窄。温度越低,滞回曲线越窄。对于青藏粘土,大部分情况下,随着动应变幅的增加,滞回曲线逐渐变宽;对于兰州黄土,随着动应变幅的增加,滞回曲线逐渐变窄,直至趋于一个稳定值。
(5)对于青藏粘土和兰州黄土,频率越高,滞回曲线越密集;围压对滞回曲线密集程度的影响不大。温度对滞回曲线密集程度的影响较大,对于青藏粘土,温度越低,滞回曲线越密集;对于兰州黄土,随着温度的越低,滞回曲线先越来越疏松,然后越来越密集。对于青藏粘土,不同条件下,滞回曲线随动应变幅的增加而逐渐变疏松;对于兰州黄土,大部分情况下,滞回曲线随动应变幅的增加而逐渐变疏松。
(6)频率和围压对青藏粘土和兰州黄土的滞回曲线面积影响不大。温度对滞回曲线面积的影响较大,对于冻结青藏粘土,随着温度的降低,滞回曲线的面积先减小再增加,对于兰州黄土,滞回曲线面积随温度的降低而增加。不同条件下,青藏粘土和兰州黄土的滞回曲线面积均随动应变幅的增大而增大。
(7)以动态弹性模量的最大值作为土的动模量,采用平均值来反映各级荷载下的动模量;青藏粘土的动模量取值范围为:393~1749MPa;兰州黄土的动模量取值范围为:101~713MPa。
(8)相同动应变幅下,对于青藏粘土和兰州黄土,动模量随频率的增加而增大,随温度的降低而增大;围压对青藏粘土的动模量影响不大;对于兰州黄土,动模量随围压的增加先减小再增大。不同条件下,对于大多数情况,随着动应变幅的增加,青藏粘土和兰州黄土的动模量先减小再趋于一个固定值。
(9)将滞后角法应用于冻土阻尼比的计算之中,利用相关函数法计算滞后角。青藏粘土的阻尼比取值范围为0.1667~0.6604,兰州黄土的阻尼比取值范围为0.2011~0.8443。
(10)对于青藏粘土和兰州黄土,相同动应变幅下,阻尼比随频率的增加而减小;随围压的增加基本不变;随温度的降低而减小。对于青藏粘土,大部分情况下,阻尼比随着动应变幅的增加缓慢增大;对于兰州黄土,阻尼比随动应变幅的增加先减小再趋于一固定值。