论文：近海岸海洋土的等效动剪切模量和等效阻尼比研究

论文：近海岸海洋土的等效动剪切模量和等效阻尼比研究 “ 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 美女”出售国内外标准、论文、大学课件、考研资料等 近海岸海洋土的等效动剪切模量和等效阻尼比研究 1,221,21,2孔宪京 ，柴洁 ，邹德高 ，徐斌 1 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连(116024) 2 大连理工大学土木水利学院工程抗震研究所，辽宁 大连(116024) E-mail: chaijie09081983@yahoo.com.cn 摘 要:基于大连理工大学土工抗震研究所的大量试验数据基础上，对我国东部部分沿海地区的淤泥，淤泥质土，粘土，粉质粘土，砂土，粉土，残积土，互层土，全风化花岗岩，强 风化花岗岩等土类的工程实际资料进行搜集整理，得到动剪切模量比和阻尼比随剪应变幅值 γ变化的包络线、平均曲线及其参数的推荐值。并通过比较不同土类及不同地区曲线的位置 关系，得出各土类的动剪切模量比和阻尼比的大小关系和各地区的差异值。与国内外的工程 数据进行对比，证明本文数据的可靠性，其结果供实际工程参考借鉴。 关键词:动剪切模量;阻尼比;淤泥;粘土;砂土 中图分类号: TU435 1 引 言 全球的海运港口、海峡航运航道、海洋石油储量和海上采油井都位于海岸海洋，对于海 岸海洋的研究就越来越受到人们的重视。然而这些海洋工程建筑物除受静荷载作用之外，还 会受到风，浪，地震等荷载的作用，分布在近岸海洋土表层的土，如淤泥、粘土、粉质粘土、 砂土和其下地基土，如残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩等，土在动荷载作用下将会发 生震动弱化，易使建筑物发生滑移和沉降等变形。因此，在进行海洋工程建筑物的地基设计 计算中，应对地基进行动力稳定性分析，土的动剪切模量比和阻尼比是土动力稳定分析中两 个必不可少的重要参数。对于这两个参数的选择是否符合实际情况对计算结果的可靠性有重 要影响，也直接关系到工程结构的安全性和经济性。 所以本文基于我国东部部分沿海地区(如唐山市唐海县附近的曹妃甸，江苏南通的如东， 福建省沿海的宁德和福清，以及珠江三角洲地区的台山，阳江等)的实际工程资料，分析得 出海岸海洋土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变幅值γ变化的平均曲线、包络线及其参数的 推荐值，供实际工程参考借鉴。 2 最大动剪切模量的确定 [1]等效线性粘-弹性模型(Hardin-Drnevich 模型)以线性粘-弹性理论为基础，同时考虑了 土体的非线性性质，在地震工程中得到普遍应用。Gmax 为最大动剪切模量，可用 1/Gmax 与动剪应变幅 γ 在纵轴上的截距的倒数求得，这主要是基于动应力,应变关系符合双曲线模 [2]型的假定。但是实际的试验曲线往往不满足这一假定，所以，本文确定最大动剪切模量 Gmax 时，按实际的回归曲线上动剪应变幅为 10-6 对应的等效动剪切模量作为最大动剪切模 量 Gmax。 3 土类的性质指标 本文研究的土类为我国东部沿海地区(唐山市唐海县附近的曹妃甸，江苏南通的如东， 福建省沿海的宁德和福清，以及珠江三角洲地区的台山，阳江等)的淤泥，粘土，粉质粘土， 砂土，残积土，全风化花岗岩，强风化花岗岩等。见表 1。 -1 - “标准美女”出售国内外标准、论文、大学课件、考研资料等 表 1 土类的物理指标和最大剪切模量参数 Table.1 The physical property and maximum dynamic shear modulus parameters of soils 地区土样天然密度干密度最大模量最大模量33ρg/cm ρg/cm 系数 K指数 nd d 1.957 1.558 310 0.58 曹妃甸粉质粘土? 1.913 1.449 283 0.481 粉质粘土?-1 1.985 1.582 430 0.432 粉土 2.016 1.62 422 0.513 细砂 1.803 1.177 217 0.591 福清淤泥层 1.856 1.407 288 0.602 残积粘性土 1.848 1.423 356 0.621 全风化花岗岩 1.832 1.186 123 0.608 台山淤泥层 1.917 1.463 242 0.691 粘土 1.875 1.412 293 0.731 残积土 1.945 1.742 362 0.556 砂混粘性土 1.917 1.504 289 0.589 粉质粘土 2.333 1.887 453 0.815 粗砂 1.892 1.407 286 0.675 全风化花岗岩 1.988 1.572 377 0.731 强风化花岗岩 1.49 0.81 170 0.386 阳江淤泥 1.63 0.97 252 0.197 淤泥质粘土 1.95 1.52 445 0.473 残积土 2 1.61 480 0.532 全风化花岗岩 2.12 1.76 630 0.568 强风化花岗岩 1.476 362 0.593 粉质粘土互粉砂 2 层 如东 1.419 325 0.473 淤质粘土互粉砂 2 层 1.356 250 0.63 淤质粘土夹粉砂 4 层 1.51 504 0.439 充填砂 1.152 217 0.736 宁德淤泥 1.214 226 0.621 淤泥质土 1.308 240 0.715 粉质粘土 1.64 514 0.329 粉细砂 4 试验资料统计 4.1 动剪切模量比随剪应变幅值γ变化曲线 图 4.1.1 给出本文所研究的我们东部海岸地区土类的归一化等效动剪切模量比随剪应变 幅值γ变化曲线。由图可见，不论土类，还是区域的不同，土的应力-应变关系都显示出非 [2]线性和滞后性的一般规律。一般而言，归一化等效动剪切模量随动剪应变幅的增大而衰减 的程度，主要受围压的影响，即随着围压的降低衰减加快。本文所研究的土类也有类似的结 论。且可以看出，归一化的等效动剪切模量随动剪应变幅的变化也与区域有关。同一种土类 在不同的区域其大小也是有差别的。通过比较，发现阳江地区的动模量值偏大，尤其是阳江 地区的淤泥质土和宁德地区的淤泥质土的数值明显高于其他地区及其他土类。但是总体而 言，不同地区的海岸海洋土还是比较集中的分布在一条窄条带内，归一化的等效动剪切模量 相差不大。 按土类划分，将不同地区的相同土类集中研究，得到图 4.1.2 各种土类归一化等效动剪 切模量与动剪应变的关系取值范围。由图像得到淤泥质土的值最大，在其他土类的上部。而 砂土的范围比较大，其包络线包含了粉质粘土，淤泥，全风化花岗岩以及互层土。其中粉质 粘土(与粘土相同)的上下包络线紧靠砂土包络线内侧，而淤泥则比较集中靠近粉质粘土的 上包络线附近。全风化的包络线与淤泥比较相近，交叉在淤泥的两侧。互层土的上包络线在 -2 - “标准美女”出售国内外标准、论文、大学课件、考研资料等 淤泥附近，下包络线基本与砂土重合。残积土的上包络线与砂土上包络线很近，而下包络线则在淤泥的附近。不同土类的包络线范围也体现了相应土类的归一化等效动剪切模量集中范 围。 将不同地区的土类(淤泥，淤泥质土，粉质粘土，粘土，粉土，砂土，粉质粘土互粉砂， 残积土，全风化花岗岩，强风化花岗岩)归一化等效动剪切模量的平均线集中体现在图 4.1.3 中。可以看出不同土类动模量值由大到小依次是:粉土，残积土，全风化，淤泥质土，淤泥， 砂土，粘土，粉质粘土，粉质粘土互粉砂。而当剪应变为 5*10-4 时，由高到低 G/Gmax 比 为:1.13:1.11:1.1:1.1:1.07:1.07:1.04:1.03:1。具体数值见表 2. 本文将图 4.1.3 中所有海岸海洋土土类的平均线再做处理，建议了一般海岸海洋土类归 一化等效动剪切模量与动剪应变关系的平均线和包络线取值范围如图 4.1.4. 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 1 0.4 0.9 淤泥质土包络线 0.3 淤泥包络线 淤泥 0.8 包络线 淤泥质粘0.2 土包络线 粉质粘0.7 土包络线 粉质粘0.1 土包络线 互层土0.6 包络线 0 0.5 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 砂包络线γ% G/Gmax 0.4 2层 南通淤质粘土互粉砂宁德淤泥质土福清残积土 砂包络线 残积土包 南通淤质粘土夹粉砂4层 宁德淤泥台山残积土0.3 络线 残积土包络线 曹妃甸粉细砂福清淤泥阳江残积土全风化花岗岩包络线 台山淤泥 阳江宁德粉细砂 福清全风化花岗岩 0.2 全风化花岗岩包络线 淤泥质粘土 南通充填砂 台山全风化花岗岩 曹妃甸粉质粘土?南通吹填砂阳江全风化花岗岩0.1 曹妃甸粉质粘土?-1 南通地基混合砂阳江强风化花岗岩 宁德粉质粘土台山粗砂台山强风化花岗岩 0 台山粉质粘土台山粘土0.0001 0.001 0.01 0.1 1 南通粉质粘土互粉砂2层 台山砂混粘土γ% 图 4.1.1 不同地区的归一化等效动剪切模量与动剪应变 图 4.1.2 各种土类归一化等效动剪切模量 的关系 与动剪应变的关系取值范围 Fig.4.1.1 Relation between G/ Gmax andγof soils from different Fig.4.1.2 Relation between G/ Gmax andγ regions of various soil types 1 1 0.9 0.9 0.8 0.8 上包络线 平0.7 0.7 0.6 0.6 均线 0.5 0.5 G/Gmax0.4 G/Gmax 0.4 下包络线 淤泥 粉残积土 全风G/G max 0.3 0.3 质粘土 化花岗岩 粉 砂土 土 0.2 0.2 粘土 粉质粘土淤泥质土 强 互粉砂 风化花岗岩 0.1 0.1 0 00.0001 0.001 0.01 0.1 1 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 γ % γ % 图 4.1.3 不同土类的归一化等效动剪切模量与动剪 图 4.1.4 海岸海洋土归一化的等效动剪切模 的关系比较 量与动剪应变的关系取值范围 Fig.4.1.3 Comparing with relation between G/ Gmax andγof Fig.4.1.4 The envelopes and fitting curves relation between G/ Gmax andγof coastal soils of various soil types -3 - “标准美女”出售国内外标准、论文、大学课件、考研资料等 表 2 归一化的等效动剪切模量与动剪应变的关系 Table.2 Relation between G/ Gmax andγof various soil types -5 -5 -4 -4 -3 -3 -2-6 -6 G/Gmax 105×10105×10105×10105×1010 1 0.997 0.993 0.964 0.929 0.726 0.572 0.215 0.121 淤泥 1 0.998 0.995 0.975 0.952 0.804 0.676 0.301 0.185 淤泥质土 1 0.996 0.992 0.958 0.920 0.697 0.538 0.192 0.107 粉质粘土 1 0.996 0.992 0.959 0.922 0.707 0.549 0.199 0.110 粘土 1 0.997 0.993 0.963 0.929 0.726 0.574 0.219 0.124 砂土 1 0.998 0.994 0.971 0.943 0.768 0.623 0.250 0.143 粉土 1 0.997 0.994 0.969 0.939 0.757 0.612 0.246 0.143 残积土 1 0.996 0.991 0.955 0.914 0.679 0.516 0.177 0.098 互层土 1 0.997 0.993 0.967 0.936 0.749 0.603 0.241 0.143 全风化花岗岩 1 0.997 0.994 0.971 0.943 0.774 0.637 0.273 0.167 强风化花岗岩 4.2 阻尼比随剪应变幅值γ变化曲线 图 4.2.1 给出本文所研究的我们东部海岸地区土类的等效阻尼比随剪应变幅值γ变化曲 [2]线。相关研究表明，动剪切模量越高阻尼比就越低，等效阻尼比随动剪应变幅的增大而增 大，随围压的增大而减小。本文研究结果也进一步证实上述结论。图 4.2.1 与图 4.1.1 比较发 现等效阻尼比随动剪应变幅的变化比归一化的等效动剪切模量随动剪应变幅的变化离散度 大。随着动剪应变幅的增大，阻尼比上升也越快，表明土类进入较强的非线性，应变滞后于 应力的现象更明显。 将图 4.2.1 中所有地区土按土类进行划分，得出图 4.2.2 各种土类等效阻尼比与动剪应变 的关系包络线范围。比较不同土类的取值范围，发现粘土和淤泥的上包络线比较靠近，而粘 土的下包络线较低。残积土与互层土的取值范围集中在淤泥上下包络线内，而砂土的等效阻 尼比取值范围较低，其上包络线与淤泥及粘土的下包络线比较接近。 不同地区的土类(淤泥，淤泥质土，粉质粘土，粘土，粉土，砂土，粉质粘土互粉砂， 残积土，全风化花岗岩，强风化花岗岩)等效阻尼比的平均线集中体现在图 4.2.3 中。可以 看出等效阻尼比由高到低大致为强风化，全分化，残积土，淤泥，粘土，互层土，粉质粘土， 粉土，砂土，最后是淤泥质土。当动剪应变在 10-4 时，以上土类的 h%比为 2.08:1.85:1.68: 1.64:1.52:1.43:1.36:1.28:1.04:1。具体数值见表 4.2. 图 4.2.4 在图 4.2.3 的基础上给 出海岸海洋土等效阻尼比随剪应变幅的变化的平均曲线和包络线取值范围。 -4 -