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不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究

王景

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王景. 不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究[J]. 水利水运工程学报，2023. doi:  10.12170/20211124003
引用本文: 王景. 不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究[J]. 水利水运工程学报，2023. doi:  10.12170/20211124003
shu
（WANG Jing. Study on dynamic modulus and damping ratio of sand gravel under different loading ratios[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023（in Chinese）） doi:  10.12170/20211124003
Citation: （WANG Jing. Study on dynamic modulus and damping ratio of sand gravel under different loading ratios[J]. Hydro-Science and Engineering, 2023（in Chinese）） doi:  10.12170/20211124003
shu

不同加载比时砂砾料动模量和阻尼比变化规律研究

doi: 10.12170/20211124003

  • 新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000

详细信息
    作者简介:

    王　景（1994—），男，江苏东台人，硕士，主要从事水利水电工程设计和岩土工程方面的研究。E-mail：1071185297@qq.com

  • 中图分类号: TV641

Study on dynamic modulus and damping ratio of sand gravel under different loading ratios

  • Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey Design and Research Institute Co., Ltd., Urumqi 830000, China

  • 摘要: 为探究加载比和围压对砂砾料动力特性的影响，通过大型动三轴试验，研究不同加载比和围压作用下砂砾料动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：（1）随着加载比的增大，动应变显著增大，孔压明显上升，最大阻尼比增大；（2）试验数据更能反映出阻尼比随动剪应变发展的变化规律，综合考虑各动力参数的变化，建议砂砾料动模量和阻尼比试验加载比选择范围为1.5~2.0；（3）采用分段拟合法对动应变小于0.01%和大于0.01%的试验数据进行拟合，直线与试验点的拟合度均大于0.96，分段拟合不同试验条件下砂砾料本构关系更为合理；（4）不同试验条件下动剪切模量比与参考剪应变具有良好的归一性，通过二元线性回归得到砂砾料最大动剪切模量关于围压和加载比的经验公式。该方法可为砂砾料动三轴试验及数据处理提供参考。
    Abstract: In order to explore the dynamic characteristics of sand gravel under the action of loading ratio, through large-scale dynamic triaxial test, the change law of dynamic modulus and damping ratio of sand gravel under different loading ratios and confining pressures is studied, and the influence of different loading ratios and confining pressures on the dynamic parameters of sand gravel is analyzed. The results show that: (1) With the increase of loading ratio, the dynamic strain increases significantly, the pore pressure increases significantly, and the maximum damping ratio increases; (2) The test data can better reflect the variation law of damping ratio with the development of dynamic shear strain. Considering the changes of various dynamic parameters, it is suggested that the selection range of dynamic modulus and damping ratio test loading ratio of gravel is 1.5~2.0; (3) The test data with dynamic strain less than 0.01% and dynamic strain greater than 0.01% are fitted by the subsection fitting method. The fitting degree between the straight line and the test point is greater than 0.96, and the subsection fitting is more reasonable under different test conditions; (4) Under different test conditions, the dynamic shear modulus ratio and the reference shear strain have good normalization, and the test data are reliable. Through binary linear regression, the empirical formula of the maximum dynamic shear modulus of gravel about confining pressure and loading ratio is obtained. This method can provide a reference for dynamic triaxial test and data processing of gravel materials.

  • 图  1  砂砾料室内试验级配曲线

    Figure  1.  Grading curve of indoor test of gravel material

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    图  2  各级配砂砾料

    Figure  2.  Gravel mixture at all levels

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    图  3  试验加载示意

    Figure  3.  Schematic diagram of test loading

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    图  4  不同加载比下1/Ed-εd关系

    Figure  4.  1/Ed-εd relationship relationship under different loading ratios

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    图  5  加载比为1.5时的1/Ed-εd关系

    Figure  5.  1/Ed-εd relationship under the 1.5 action of loading ratio

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    图  6  不同加载比下孔压与动应变关系曲线

    Figure  6.  Relation curve between pore water pressure and dynamic strain under different loading ratios

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    图  7  相同围压下最大动剪切模量Gdmax与加载比C关系曲线

    Figure  7.  Relationship curve between maximum dynamic shear modulus Gdmax and loading ratio C under the same confining pressure

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    图  8  不同加载比下Gd/Gdmax-γr关系

    Figure  8.  Gd/Gdmax-γr relationship under different loading ratios

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    图  9  不同加载比下最大阻尼比λdmax

    Figure  9.  Maximum damping ratios under different loading ratios λdmax

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    表  1  不同加载比试验方案

    Table  1.   Test schemes with different loading ratios

    试验材料围压/kPaKc加载比动应力幅值/kPa
    砂砾料4001.51.060120180240300360420480540
    1 0001503004506007509001 0501 2001 350
    1 6002404807209601 2001 4401 6801 9202 160
    4001.5324771107160240360540/
    1 000791191782674006009001 350/
    1 6001261902844276409601 4402 160/
    4002.0173468135270540///
    1 00042841693386751 350///
    1 600681352705401 0802 160///
    4002.56143586216540///
    1 0001435862165401 350///
    1 60022551383468642 160///
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    表  2  不同加载比下双曲线模型参数

    Table  2.   Hyperbolic model parameters under different loading ratios

    加载比围压/kPaa/10−7b/10−5R2
    εd<0.01%εd>0.01%εd<0.01%εd>0.01%εd<0.01%εd>0.01%
    1.0 400 - 7.09 - 1.04 - 0.984
    1 000 - 5.15 - 0.40 - 0.981
    1 600 - 4.61 - 0.22 - 0.945
    1.5 400 4.81 7.42 2.99 1.24 0.999 0.981
    1 000 4.18 5.57 0.95 0.40 0.974 0.978
    1 600 3.15 4.27 0.67 0.25 1.000 0.965
    2.0 400 4.18 7.40 5.03 1.29 0.999 0.993
    1 000 3.85 5.71 1.37 0.40 0.999 0.991
    1 600 2.99 4.21 1.12 0.27 1.000 0.977
    2.5 400 4.09 7.44 4.10 1.13 0.995 1.000
    1 000 2.60 4.91 3.83 0.50 0.967 0.992
    1 600 2.07 4.21 2.89 0.27 0.964 0.979
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    表  3  不同试验条件下最大动剪切模量Gdmax

    Table  3.   Maximum dynamic shear modulus Gdmax under different test conditions

    加载比围压/kPaGdmax/MPa
    εd<0.01%εd>0.01%
    1.0400-530.54
    1 000-730.23
    1 600-816.25
    1.5400782.05506.19
    1 000899.42675.15
    1 6001 193.24880.24
    2.0400908.76507.79
    1 000976.04658.73
    1 6001 256.68892.82
    2.5400920.09505.12
    1 0001 448.05765.08
    1 6001 812.21892.78
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    表  4  不同加载比下模型参数

    Table  4.   Model parameters under different loading ratios

    加载比nk1k2
    1.0 0.316 30.33 3 263.47
    1.5 0.387 90.22 2 723.05
    2.0 0.390 141.43 2 699.59
    2.5 0.417 240.70 2 665.72
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  • 收稿日期:  2021-11-24
  • 网络出版日期:  2023-01-03

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