动三轴试验获得粉煤灰动模量试验技术研究

摘要：利用 “土工静力－动力液压三轴－扭转多功能剪切仪”针对相对密实度为30%状况下的粉煤灰进行了均等固结条件下的循环三轴试验。试验中采用一个试样获得三个初始固结压力100、200、300kPa的动弹性模量和阻尼比的方法，并与常规试验方法进行了试验对比，获得了一些初步的认识。联合利用非接触式微小位移计与接触式大位移计，不仅获得了比较完整的动弹性模量随应变的变化过程，而且提高了量测精度。通过试验研究探讨了利用循环三轴试验进行动模量特性研究的试验技术和试验方法。

关键词：动三轴试验；动弹性模量；试验技术；粉煤灰

Abastract：In order to investigate characteristic of dynamic modulus of saturated flyash with a relative density of 30% under isotropic consolidation condition, a new apparatus for soil static and dynamic universal tri-axial and torsional shear tests is used. The dynamic triaxial tests under three different mean effective confining pressures are made with single sample achieving dynamic modulus and damping ratio and the method was compared with the routine method with three samples. Not only the whole changes between dynamic modulus or damping ratio and strain are obtained, but also the precision of experiment can be improved by using both with the un-touched and touched displacement sensors. The technology and method of experiment obtained dynamic modulus and damping ratio by cyclic triaxial test are discussed.

Key words: dynamic triaxial tests; dynamic modulus; experimental technology; flyash

中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：

1 前言

地基动力特性测试规范[1]对于采用动三轴仪测试动弹性模量随应变幅的变化，既没有规定轴向位移的量测精度，也没有规定必须采用独立试样进行不同固结压力条件下的逐级施加动荷载试验。何昌荣[2]曾针对三种粘性土和四种砂性土，利用一个试样在振动20级左右荷载后，改变初始固结压力3c或初始固结比Kc继续固结后再振动的方法进行了动模量阻尼比试验，得到的每一个动模量E与应变幅值 曲线不仅连续光滑，而且不同3c或Kc之间的曲线也光滑连续符合一般规律。尽管没有写入规范，但是这种试验方法也经常见诸相关文献[3]。

但是常规动三轴仪由于位移量测范围有限，一般仅能获得

2试验概况

2.1试样

本次试验采用吉林新力热电厂贮灰场的粉煤灰为试验土料，试样的相对密实度控制为30％，经测定试验中所采用的粉煤灰具有下列物理指标：颗粒比重Gs=2.14；最大与最小干密度分别为dmax=0.994g/cm3，dmin=0.697g/cm3；最大与最小孔隙比分别为emax=2.070，emin=1.153；粒径组成特性参数为d50＝0.11，Cu＝3.51，Cc＝1.54。试验使用实心圆柱状试样，尺寸为D61.8×H150mm。采用分层干装方法制备试样，共分三层，每层质量为总质量的1/3，每层高度亦为试样高度的1/3，对于密实灰样需进行敲实捣匀。控制干密度装好干样后利用通CO2、通无气水并联合施加反压的方法对试样进行饱和，使孔隙水压力系数B值均达到0.95以上。考虑地震荷载条件，试验振动频率取为1Hz。

2.2试验技术与试验方法

本次研究使用的仪器 “土工静力－动力液压三轴－扭转多功能剪切仪” [5]。仅利用了该设备的循环三轴试验功能。对于竖向变形的测量，该仪器设置了两套测量系统：一套为内置式的非接触竖向位移计用于测量微小位移，最大量程为1.5mm，常常用于模量特性研究；另一套是普通的接触式位移传感器，适用于大变形与强度特性、孔压特性及液化等问题的研究，最大量程为50mm。

常规土工三轴仪的应变测试精度通常在＝10－4～10－1，为了提高土工测试精度，拓宽应变测试范围，试验中将非接触与接触式竖向位移计联合使用。非接触式位移计设有三个档，分别为0.3mm、0.75mm和1.5mm。 试样固结过程中，为了方便测量轴向位移，将非接触式位移计置于1.5mm档。开始振动时，试样处于微小变形阶段，此时的非接触式位移计置于最小档(0.3mm)，随着循环荷载级数的增加，竖向变形将超过非接触式位移计的量程，为防止位移计损坏，在循环加荷停止的间隙将非接触式位移计提起，继续使用接触式位移计进行测量。这种方法联合考虑应变的量测精度和量测范围，测得的最小轴向应变可信度为10－5量级，尽管试验数据中还有小于10－5的一些数据，但其离散程度比较大。处理试验数据时发现，非接触式位移计测得的轴向应变可达到10－3，大于10－3的轴向应变由接触式位移计获得。

这样，同一个试样的位移可由大小竖向位移计联合测得，既避免了竖向大位移计传感器在小应变幅下测量不准确、精度不能满足要求的问题，也避免了小位移传感器测量范围有限的缺点，还能一定程度的提高测量精度。试验获得的动弹性模量随动应变幅变化的关系曲线如图1所示。可见利用两种位移计分别量测的位移结果算得的动弹性模量随动应变幅值变化的曲线在10－5～10－2范围内光滑连续，接合的很好，看不出任何痕迹。

对图1中的动弹性模量随动应变幅值的关系曲线分析表明：动弹性模量在不同动应变幅值范围内的衰减完全不同，在应变幅值从10－5～10－4量级，弹性模量E减小的趋势不是十分明显，仅有10％～20％；当 大于10－4量级后，E随衰减的趋势较大。从图中分析可知，在＝10－4附近存在着一个界限应变值，小于此值时E随衰减的趋势较缓， 大于此值时E随衰减的趋势急剧增加。其他试验结果也能得出类似的结论。可见获得