室內(nèi)土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)
地基基礎(chǔ)抗震研究有時(shí)需要測(cè)定土的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，如動(dòng)強(qiáng)度、模量、阻尼等。測(cè)定方法不 同，所得結(jié)果有時(shí)會(huì)相差很大，因此，有必要對(duì)試驗(yàn)中的關(guān)鍵條件或步驟提出規(guī)定或要求，以保證獲得比較可靠的、基本一致的試驗(yàn)結(jié)果。
1 儀器和試樣制備
進(jìn)行土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的設(shè)備主要有：動(dòng)三軸儀、動(dòng)剪切儀、共振（自振）柱儀等。
動(dòng)三軸儀可用以測(cè)量土的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)壓縮模量和阻尼比、抗液化強(qiáng)度以及震陷參數(shù)等；可 以采用電磁激振式、油壓式或氣壓式振動(dòng)三軸儀，一般情況下，只需單向振動(dòng)即可；固結(jié)圍壓力宜大于500kPa，固結(jié)偏壓力宜大于1500kPa；動(dòng)荷載范圍宜為1．0～200kPa；動(dòng)應(yīng)變范圍宜為10－4～10－1；靜應(yīng)變超過20%；振動(dòng)波形通常采用正弦波，但也應(yīng)具備產(chǎn)生三角 波、矩形波等的能力；振動(dòng)頻率范圍為0～100Hz；具有完善的使試件飽和的管路系統(tǒng)，允許最 大反壓力不宜低于300kPa，且能制備脫氣水和配有CO2氣罐；應(yīng)采用自動(dòng)記錄系統(tǒng)，若配有微 機(jī)控制則更為理想，自動(dòng)記錄內(nèi)容應(yīng)有動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變和孔隙水壓力隨時(shí)間（或振動(dòng)次數(shù)）的變 化過程等。
動(dòng)剪切儀可用以測(cè)定動(dòng)剪變模量、阻尼比和動(dòng)強(qiáng)度等動(dòng)力指標(biāo)，有振動(dòng)臺(tái)、電磁激振、油壓式等各種加動(dòng)荷方式；法向固結(jié)壓力宜大于500kPa；固結(jié)圍壓力宜大于300kPa；初始剪應(yīng)力宜大于100kPa；動(dòng)剪應(yīng)力范圍宜為200kPa；動(dòng)應(yīng)變范圍宜為10－6～2×10－2；振動(dòng)波形為正弦波；振動(dòng)頻率范圍0～100Hz；應(yīng)特別注意試件與底座和上加壓蓋之間的密封，嚴(yán)防由于超孔隙水壓力增加，致使密封失效的現(xiàn)象出現(xiàn)。
共振（自振）柱儀可用以測(cè)定土的動(dòng)剪切模量和阻尼比，目前多為電磁激振式，固結(jié)圍 壓力宜大于500kPa；剪應(yīng)變測(cè)量范圍宜為10－6～10－3；振動(dòng)頻率測(cè)量宜為0～100Hz。加偏壓和施加反壓等技術(shù)，在共振柱儀上至今尚未獲得完全成功，使用時(shí)需加小心。
原狀土試樣在試驗(yàn)室內(nèi)的制備與靜力試驗(yàn)時(shí)相同，利用削土器小心切削成給定尺寸的試 樣，應(yīng)盡可能地減少擾動(dòng)，特別是對(duì)原狀粉土和淤泥質(zhì)軟土。通常用飽和器對(duì)試樣進(jìn)行飽和?！ ∩靶酝恋闹苽浔容^復(fù)雜，且目前尚無公認(rèn)的好方法，現(xiàn)在暫有兩個(gè)方法可供選用。第一種方法可簡(jiǎn)稱為相對(duì)密度法。與此同時(shí)，在試驗(yàn)室測(cè)定該種砂的、最小孔隙比，并計(jì)算與上述相對(duì)密度相應(yīng)的孔隙比和干重度值，試件即在該干容重值下進(jìn)行制備。第二種方法可簡(jiǎn)稱為剪切波速法，需用共振柱儀來確定試件容重。首先以取樣深度處的實(shí)測(cè)剪切波速值作為依據(jù)，其次用給定的方法制備幾個(gè)不同密度的試件，在與上覆蓋壓力相應(yīng)的圍壓力下進(jìn)行固結(jié)，分別測(cè)定剪應(yīng)變小于10－6時(shí)的剪變模量值并換算成剪切波速。把實(shí)測(cè)和試驗(yàn)的剪切波速進(jìn)行比較，通過內(nèi)插和外延即可求得與現(xiàn)場(chǎng)剪切波速一致的試件密度，以后的各個(gè)試樣即可按此密度按給定的方法進(jìn)行制備。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，用剪切波速法確定試樣的密度，結(jié)果也令人滿意。
用相對(duì)密度法只能控制試件的密度，其結(jié)構(gòu)等特性仍無法模擬，即在制備試件時(shí)對(duì)制備方 法和過程并無特殊要求。但是目前認(rèn)為，用剪切波速法時(shí)，不僅是密度，土壤的結(jié)構(gòu)等特性也應(yīng)得到模擬，因此，有必要對(duì)制備方法作一個(gè)規(guī)定，以便獲得一個(gè)均勻的，有時(shí)是飽和的，性狀基本與現(xiàn)場(chǎng)相同的砂試樣。已有的經(jīng)驗(yàn)表明，采用分層壓實(shí)，通CO2氣體和循環(huán)脫氣水的方法能夠制備出這樣的砂試件。需要指出，在用共振柱確定相應(yīng)的容重值時(shí)，也應(yīng)采用分層壓實(shí)的辦法，且砂料的成型含水量應(yīng)愈低愈好，一般不宜大于5%，因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果表明，干砂和飽和砂的剪切模量基本一致，此時(shí)不存在毛細(xì)管張力作用，而當(dāng)含水量增大時(shí)，這種作用就不得不考慮，且變化不定。
【例題23】進(jìn)行土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的設(shè)備主要包括（ ?。?。
A、動(dòng)三軸儀； B、動(dòng)剪切儀； C、共振柱儀； D、標(biāo)準(zhǔn)貫入儀；
答案：A、B、C
2 動(dòng)模量和阻尼比的測(cè)定
動(dòng)壓縮模量（也有人稱之為動(dòng)彈性模量）和阻尼比，通常用應(yīng)力應(yīng)變法在動(dòng)三軸儀上進(jìn)行 測(cè)定。試驗(yàn)過程中應(yīng)注意以下各點(diǎn)：
（1）動(dòng)應(yīng)力（或動(dòng)應(yīng)變）應(yīng)由小到大逐級(jí)增加。
（2）每級(jí)動(dòng)應(yīng)力（或動(dòng)應(yīng)變）下的振動(dòng)次數(shù)與被模擬地震的震級(jí)大小有關(guān)，7級(jí)左右的地震 通常取20次。
（3）在用滯回圈計(jì)算阻尼比時(shí)需考慮計(jì)算精度，應(yīng)變小于10－4時(shí)的計(jì)算誤差過大，實(shí)際上 不可用，但應(yīng)變過大（大于10－3）時(shí)，滯回圈形狀與橢圓相差甚遠(yuǎn)，計(jì)算其阻尼比也有困難。
動(dòng)剪變模量和阻尼比通常在共振（自振）柱儀上進(jìn)行，按波動(dòng)理論由共振（自振）頻率計(jì)算 剪變模量，由共振振幅值計(jì)算剪應(yīng)變。從試驗(yàn)原理上講，這種方法只適用于測(cè)量小應(yīng)變（10－6～10－5）時(shí)的模量和阻尼值，但在實(shí)際操作中往往把試驗(yàn)延續(xù)到剪應(yīng)變約為10－3，此時(shí)應(yīng)注意試驗(yàn)結(jié)果的適用范圍。
根據(jù)地震震級(jí)大小和土層可能產(chǎn)生的剪應(yīng)變大小來選用試驗(yàn)儀器是比較適宜的，當(dāng)?shù)卣稹 ≥^大和土層變形可能較大時(shí)宜用動(dòng)三軸儀、小地震和小應(yīng)變情況宜用共振柱儀。
3 抗液化強(qiáng)度測(cè)定
相對(duì)而言，國內(nèi)已有比較豐富的液化試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，但比較試驗(yàn)結(jié)果表明，有時(shí)仍然可相差一 倍以上。在目前無法作統(tǒng)一規(guī)定之前，提出下述有重要意義的幾點(diǎn)說明：
（1）飽和粉砂應(yīng)盡量做到循環(huán)脫氣水和施加反壓，孔壓系數(shù)B≥0．97。
（2）擾動(dòng)砂試件應(yīng)盡量均勻和飽和，保證B≥0．97；經(jīng)驗(yàn)表明，前面提出的分層壓實(shí)，通 CO2氣體和施加反壓的辦法是比較理想的。
（3）振動(dòng)波形宜用正弦波，振動(dòng)頻率宜用1～2Hz。
（4）初始固結(jié)圍壓力宜與取土處土層壓力相適應(yīng)。
（5）液化標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一是超孔隙水壓力等于初始固結(jié)圍壓力，二是軸向動(dòng)應(yīng)變雙振幅等 于5%，視具體情況選用，粉土通常取后者。
（6）液化試驗(yàn)的通常結(jié)果為液化時(shí)應(yīng)力比與振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系，該振動(dòng)次數(shù)的范圍宜為5～ 100次。
4 土的動(dòng)強(qiáng)度測(cè)定
國內(nèi)對(duì)土的動(dòng)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法研究較少，也無統(tǒng)一的方法，先后采用過的方法至今約有5 種之多。比較起來，三試樣逐級(jí)加荷法似乎能得到較好的結(jié)果，其特點(diǎn)是試件少，只需3個(gè)；離散性小；動(dòng)強(qiáng)度的定義合理，著眼于土性本身；不論從試驗(yàn)方法或資料整理上都與靜三軸相似，方便易行。
三試樣逐級(jí)加荷法的簡(jiǎn)單過程如下：取3個(gè)土樣分別在不同的壓力下固結(jié)（等向或非等向）。在不排水條件下對(duì)每試樣均分為6～8級(jí)由小到大逐級(jí)施加動(dòng)荷，測(cè)記動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變、孔隙水壓力和振動(dòng)次數(shù)的變化，此時(shí)每級(jí)的動(dòng)力幅值、頻率和振動(dòng)次數(shù)都保持相同，但總的振動(dòng)次數(shù)應(yīng)控制在200次左右，大體與一次主震時(shí)大小脈沖數(shù)的總和相同，頻率取1～2Hz?？刂圃?～7級(jí)荷載時(shí)達(dá)到破壞，最后一級(jí)宜超過破壞值（應(yīng)變大于15%）。
5 土的震陷參數(shù)的測(cè)定
到目前為止，國內(nèi)外對(duì)土的震陷的試驗(yàn)研究都極少，更無統(tǒng)一的試驗(yàn)方法可言。故這里只 能介紹一種與本章中軟土震陷分析相應(yīng)的試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是在給定條件下，按固定模式進(jìn)行試驗(yàn)，一組試驗(yàn)至少有12個(gè)狀況相近的試樣。試驗(yàn)條件和方法大體如下：
（1）初始有效固結(jié)側(cè)壓力只取一級(jí)，取為l00kPa，固結(jié)比有三級(jí)，Kc＝1．1～1．3，1．5～1．8， 2．3～
地基基礎(chǔ)抗震研究有時(shí)需要測(cè)定土的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，如動(dòng)強(qiáng)度、模量、阻尼等。測(cè)定方法不 同，所得結(jié)果有時(shí)會(huì)相差很大，因此，有必要對(duì)試驗(yàn)中的關(guān)鍵條件或步驟提出規(guī)定或要求，以保證獲得比較可靠的、基本一致的試驗(yàn)結(jié)果。
1 儀器和試樣制備
進(jìn)行土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的設(shè)備主要有：動(dòng)三軸儀、動(dòng)剪切儀、共振（自振）柱儀等。
動(dòng)三軸儀可用以測(cè)量土的動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)壓縮模量和阻尼比、抗液化強(qiáng)度以及震陷參數(shù)等；可 以采用電磁激振式、油壓式或氣壓式振動(dòng)三軸儀，一般情況下，只需單向振動(dòng)即可；固結(jié)圍壓力宜大于500kPa，固結(jié)偏壓力宜大于1500kPa；動(dòng)荷載范圍宜為1．0～200kPa；動(dòng)應(yīng)變范圍宜為10－4～10－1；靜應(yīng)變超過20%；振動(dòng)波形通常采用正弦波，但也應(yīng)具備產(chǎn)生三角 波、矩形波等的能力；振動(dòng)頻率范圍為0～100Hz；具有完善的使試件飽和的管路系統(tǒng)，允許最 大反壓力不宜低于300kPa，且能制備脫氣水和配有CO2氣罐；應(yīng)采用自動(dòng)記錄系統(tǒng)，若配有微 機(jī)控制則更為理想，自動(dòng)記錄內(nèi)容應(yīng)有動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變和孔隙水壓力隨時(shí)間（或振動(dòng)次數(shù)）的變 化過程等。
動(dòng)剪切儀可用以測(cè)定動(dòng)剪變模量、阻尼比和動(dòng)強(qiáng)度等動(dòng)力指標(biāo)，有振動(dòng)臺(tái)、電磁激振、油壓式等各種加動(dòng)荷方式；法向固結(jié)壓力宜大于500kPa；固結(jié)圍壓力宜大于300kPa；初始剪應(yīng)力宜大于100kPa；動(dòng)剪應(yīng)力范圍宜為200kPa；動(dòng)應(yīng)變范圍宜為10－6～2×10－2；振動(dòng)波形為正弦波；振動(dòng)頻率范圍0～100Hz；應(yīng)特別注意試件與底座和上加壓蓋之間的密封，嚴(yán)防由于超孔隙水壓力增加，致使密封失效的現(xiàn)象出現(xiàn)。
共振（自振）柱儀可用以測(cè)定土的動(dòng)剪切模量和阻尼比，目前多為電磁激振式，固結(jié)圍 壓力宜大于500kPa；剪應(yīng)變測(cè)量范圍宜為10－6～10－3；振動(dòng)頻率測(cè)量宜為0～100Hz。加偏壓和施加反壓等技術(shù)，在共振柱儀上至今尚未獲得完全成功，使用時(shí)需加小心。
原狀土試樣在試驗(yàn)室內(nèi)的制備與靜力試驗(yàn)時(shí)相同，利用削土器小心切削成給定尺寸的試 樣，應(yīng)盡可能地減少擾動(dòng)，特別是對(duì)原狀粉土和淤泥質(zhì)軟土。通常用飽和器對(duì)試樣進(jìn)行飽和?！ ∩靶酝恋闹苽浔容^復(fù)雜，且目前尚無公認(rèn)的好方法，現(xiàn)在暫有兩個(gè)方法可供選用。第一種方法可簡(jiǎn)稱為相對(duì)密度法。與此同時(shí)，在試驗(yàn)室測(cè)定該種砂的、最小孔隙比，并計(jì)算與上述相對(duì)密度相應(yīng)的孔隙比和干重度值，試件即在該干容重值下進(jìn)行制備。第二種方法可簡(jiǎn)稱為剪切波速法，需用共振柱儀來確定試件容重。首先以取樣深度處的實(shí)測(cè)剪切波速值作為依據(jù)，其次用給定的方法制備幾個(gè)不同密度的試件，在與上覆蓋壓力相應(yīng)的圍壓力下進(jìn)行固結(jié)，分別測(cè)定剪應(yīng)變小于10－6時(shí)的剪變模量值并換算成剪切波速。把實(shí)測(cè)和試驗(yàn)的剪切波速進(jìn)行比較，通過內(nèi)插和外延即可求得與現(xiàn)場(chǎng)剪切波速一致的試件密度，以后的各個(gè)試樣即可按此密度按給定的方法進(jìn)行制備。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，用剪切波速法確定試樣的密度，結(jié)果也令人滿意。
用相對(duì)密度法只能控制試件的密度，其結(jié)構(gòu)等特性仍無法模擬，即在制備試件時(shí)對(duì)制備方 法和過程并無特殊要求。但是目前認(rèn)為，用剪切波速法時(shí)，不僅是密度，土壤的結(jié)構(gòu)等特性也應(yīng)得到模擬，因此，有必要對(duì)制備方法作一個(gè)規(guī)定，以便獲得一個(gè)均勻的，有時(shí)是飽和的，性狀基本與現(xiàn)場(chǎng)相同的砂試樣。已有的經(jīng)驗(yàn)表明，采用分層壓實(shí)，通CO2氣體和循環(huán)脫氣水的方法能夠制備出這樣的砂試件。需要指出，在用共振柱確定相應(yīng)的容重值時(shí)，也應(yīng)采用分層壓實(shí)的辦法，且砂料的成型含水量應(yīng)愈低愈好，一般不宜大于5%，因?yàn)樵囼?yàn)結(jié)果表明，干砂和飽和砂的剪切模量基本一致，此時(shí)不存在毛細(xì)管張力作用，而當(dāng)含水量增大時(shí)，這種作用就不得不考慮，且變化不定。
【例題23】進(jìn)行土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的設(shè)備主要包括（ ?。?。
A、動(dòng)三軸儀； B、動(dòng)剪切儀； C、共振柱儀； D、標(biāo)準(zhǔn)貫入儀；
答案：A、B、C
2 動(dòng)模量和阻尼比的測(cè)定
動(dòng)壓縮模量（也有人稱之為動(dòng)彈性模量）和阻尼比，通常用應(yīng)力應(yīng)變法在動(dòng)三軸儀上進(jìn)行 測(cè)定。試驗(yàn)過程中應(yīng)注意以下各點(diǎn)：
（1）動(dòng)應(yīng)力（或動(dòng)應(yīng)變）應(yīng)由小到大逐級(jí)增加。
（2）每級(jí)動(dòng)應(yīng)力（或動(dòng)應(yīng)變）下的振動(dòng)次數(shù)與被模擬地震的震級(jí)大小有關(guān)，7級(jí)左右的地震 通常取20次。
（3）在用滯回圈計(jì)算阻尼比時(shí)需考慮計(jì)算精度，應(yīng)變小于10－4時(shí)的計(jì)算誤差過大，實(shí)際上 不可用，但應(yīng)變過大（大于10－3）時(shí)，滯回圈形狀與橢圓相差甚遠(yuǎn)，計(jì)算其阻尼比也有困難。
動(dòng)剪變模量和阻尼比通常在共振（自振）柱儀上進(jìn)行，按波動(dòng)理論由共振（自振）頻率計(jì)算 剪變模量，由共振振幅值計(jì)算剪應(yīng)變。從試驗(yàn)原理上講，這種方法只適用于測(cè)量小應(yīng)變（10－6～10－5）時(shí)的模量和阻尼值，但在實(shí)際操作中往往把試驗(yàn)延續(xù)到剪應(yīng)變約為10－3，此時(shí)應(yīng)注意試驗(yàn)結(jié)果的適用范圍。
根據(jù)地震震級(jí)大小和土層可能產(chǎn)生的剪應(yīng)變大小來選用試驗(yàn)儀器是比較適宜的，當(dāng)?shù)卣稹 ≥^大和土層變形可能較大時(shí)宜用動(dòng)三軸儀、小地震和小應(yīng)變情況宜用共振柱儀。
3 抗液化強(qiáng)度測(cè)定
相對(duì)而言，國內(nèi)已有比較豐富的液化試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，但比較試驗(yàn)結(jié)果表明，有時(shí)仍然可相差一 倍以上。在目前無法作統(tǒng)一規(guī)定之前，提出下述有重要意義的幾點(diǎn)說明：
（1）飽和粉砂應(yīng)盡量做到循環(huán)脫氣水和施加反壓，孔壓系數(shù)B≥0．97。
（2）擾動(dòng)砂試件應(yīng)盡量均勻和飽和，保證B≥0．97；經(jīng)驗(yàn)表明，前面提出的分層壓實(shí)，通 CO2氣體和施加反壓的辦法是比較理想的。
（3）振動(dòng)波形宜用正弦波，振動(dòng)頻率宜用1～2Hz。
（4）初始固結(jié)圍壓力宜與取土處土層壓力相適應(yīng)。
（5）液化標(biāo)準(zhǔn)有兩種：一是超孔隙水壓力等于初始固結(jié)圍壓力，二是軸向動(dòng)應(yīng)變雙振幅等 于5%，視具體情況選用，粉土通常取后者。
（6）液化試驗(yàn)的通常結(jié)果為液化時(shí)應(yīng)力比與振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系，該振動(dòng)次數(shù)的范圍宜為5～ 100次。
4 土的動(dòng)強(qiáng)度測(cè)定
國內(nèi)對(duì)土的動(dòng)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法研究較少，也無統(tǒng)一的方法，先后采用過的方法至今約有5 種之多。比較起來，三試樣逐級(jí)加荷法似乎能得到較好的結(jié)果，其特點(diǎn)是試件少，只需3個(gè)；離散性小；動(dòng)強(qiáng)度的定義合理，著眼于土性本身；不論從試驗(yàn)方法或資料整理上都與靜三軸相似，方便易行。
三試樣逐級(jí)加荷法的簡(jiǎn)單過程如下：取3個(gè)土樣分別在不同的壓力下固結(jié)（等向或非等向）。在不排水條件下對(duì)每試樣均分為6～8級(jí)由小到大逐級(jí)施加動(dòng)荷，測(cè)記動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變、孔隙水壓力和振動(dòng)次數(shù)的變化，此時(shí)每級(jí)的動(dòng)力幅值、頻率和振動(dòng)次數(shù)都保持相同，但總的振動(dòng)次數(shù)應(yīng)控制在200次左右，大體與一次主震時(shí)大小脈沖數(shù)的總和相同，頻率取1～2Hz?？刂圃?～7級(jí)荷載時(shí)達(dá)到破壞，最后一級(jí)宜超過破壞值（應(yīng)變大于15%）。
5 土的震陷參數(shù)的測(cè)定
到目前為止，國內(nèi)外對(duì)土的震陷的試驗(yàn)研究都極少，更無統(tǒng)一的試驗(yàn)方法可言。故這里只 能介紹一種與本章中軟土震陷分析相應(yīng)的試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是在給定條件下，按固定模式進(jìn)行試驗(yàn)，一組試驗(yàn)至少有12個(gè)狀況相近的試樣。試驗(yàn)條件和方法大體如下：
（1）初始有效固結(jié)側(cè)壓力只取一級(jí)，取為l00kPa，固結(jié)比有三級(jí)，Kc＝1．1～1．3，1．5～1．8， 2．3～