不同地区黄土动孔隙压力变化规律试验研究

摘要 根据兰州、洛川、杨凌地区黄土动扭剪试验结果，对动荷作用下黄土动孔隙压力变化规律特性进行分析研究；得出黄土动孔隙压力变化的基本规律和敏感因素。

关键词：黄土；动力特性；动扭剪试验；动孔隙压力；试验分析

Abstract：Lanzhou, Luochuan, Yangling loess dynamic torsional shear test results, analysis of loess under dynamic load the role of dynamic pore pressure variation characteristics; derived loess dynamic pore pressure changes in the basic law and sensitivity factors.Keywords: loess; dynamic characteristics; dynamic torsional shear tests; dynamic pore pressure; test analysis

中图分类号：TU444 文献标识码：A文章编号：

1.引言

土动力学研究的基本课题是土的动力特性和土体的动力稳定性。动力特性研究的核心内容是土的动强度、动变形及反映动应力、动应变的本构关系。黄土的根本特点在于它的结构性、欠压密性和非饱和性以及由此而表现出的明显的各向异性、及对水作用的特殊敏感性即湿陷性。黄土地区的地震灾害有自身的特殊机制和性质，主要的特点是场地震害重，震害范围大，震害受局部地形条件的影响重等。因此，结合以往的防震经验深入研究黄土的动力特性显得尤为重要。孔隙压力是反映土体特性最重要的物理量，也是土体区别于其它工程材料的重要因素，因此对黄土动孔隙压力的试验研究能够很好的揭示黄土在动荷载下的力学特性。

2.试验过程及结果

试验时，按等效正弦波的形式，在试样顶部施加周期性水平剪应力，频率为1Hz。对于动模量和动阻尼比试验，采用同一固结状态下逐级加荷的方法，即在对一个固结变形稳定后的试样，在不排水条件下，逐级施加固定振次（10次）的动荷载，直到试样破坏。试验的操作步骤如下：

（1）制备黄土的原状土、重塑土试样，用水膜转移法或风干法按要求调节试样的含水量，并存放在干燥器内。

（2）试样的固结。将试样底座抽气饱和并把与之相通管道充满无气水，把试样膜上下端分别裹住试样帽和试样底座，用橡皮筋扎紧密封。调节角位移传感器的转轮，使传感器显示仪读数为零。给压力室进水，施加所要求的周围压力，使试样固结。

（3）试样的动力扭剪。调节控制屏上的静力设置旋钮，使伺服阀活塞缓慢伸出，直到与传动杆接触时停止，连接伺服阀活塞与传动杆。打开计算机采集系统。检查压力系统、动荷载系统和测量系统设置正确后，开始施加动荷载。试验结束后，将试验数据保存在计算机中。

实验结果如下：（1）干型黄土孔隙压力随时间变化曲线（动模量、阻尼比试验）

图1 干型黄土（w=5%）孔隙水、气压力随时间变化曲线 图2 干型黄土（w=12%）孔隙压力随时间变化曲线

（2）湿型黄土孔隙气压力随时间变化曲线（动模量、阻尼比试验）

图3 湿型黄土（w=26%）孔隙气压力随时间变化曲线 图4 湿型黄土（饱和）孔隙气压力随时间变化曲线

（3）黄土孔隙气压力随时间变化曲线（动强度试验）

图5 干型黄土（w=5%）孔隙气压力随时间变化曲线 图6 湿型黄土（w=26%）孔隙气压力随时间变化曲线

3.黄土的动孔隙压力变化规律分析

由试验结果可知：（1）在非饱和黄土动模量、阻尼比及动强度试验中，孔隙水压力（uw）增加很慢或基本保持不变或后期略有上升（见图1），主要是因为动荷施加过程历时较短陶土板传压滞后作用所造成。（2）孔隙气压力（ua）随时间变化形式与加荷方式一致。在动模量、阻尼比试验中，采用逐级加荷，孔隙气压力（ua）时程线呈台阶状，因为气体比水体传感灵敏，能实时把气压变化表现出来；在动强度试验中，采用单级加载法，在试样上施加往复动荷载直到破坏为止，孔隙气压力（ua）时程线表现为压力叠加累积基础上的往复变化。

（3）孔隙气压力（ua）在前期随时间增大的速度，动强度试验要比动模量、阻尼比试验快，这也是与加荷方式和破坏方式密切相关的。在动模量、阻尼比试验中，从小到大逐级加荷，孔隙气压力（ua）表现为前期增加很慢，随着试验进行，试样变形慢慢增加，当应变达到某种程度后，孔隙中气体受到压缩压力开始急剧增加，特别到了后期孔隙中水、气压已较大，足以使土体发生破坏；在动强度试验中，施加单级加荷而且荷载较大，试验一开始就使土体变形较大，孔隙气压力（ua）因此表现为初期急剧增加，随着试验进行趋于平缓，类似抛物线形式。（4）在动模量、阻尼比试验和动强度试验中，孔隙气压力（ua）都随时间增长而增大，但是湿型黄土增大的速度比干型黄土快，说明含水率对孔隙气压力有显著影响；在饱和黄土试验中，黄土孔隙已被水充满，孔隙压力变化以水压的形式表现，压力随时间增大较快。分析结果表明，黄土在动荷作用下孔隙压力变化与土样含水率和加荷方式关系密切。

参考文献

[1] 党进谦，李靖.非饱和黄土的结构特征[J].岩土工程学报,1997

[2] 黄文熙.土的工程性质[M].北京：水利电力出版社，1983

[3] 骆亚生，谢定义，陈存礼.黄土不同湿度状态下破坏动强度的试验分析[J].西安理工大学学报，2001，

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