屈超鋒

（西安衛(wèi)光科技有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

工民建中涉及到的施工經(jīng)常遇到動力學(xué)問題，如地基夯實、注漿振搗等。土的動力問題力學(xué)機(jī)理復(fù)雜，影響程度較大，引起了眾多學(xué)者開展相關(guān)研究。如孫德安等[1]對非飽和及飽和粉土進(jìn)行動力變形試驗，在不同凈圍壓應(yīng)力、不同初始含水率的條件下，得到了非飽和及飽和粉土試樣的動應(yīng)力應(yīng)變骨架曲線；楊帥東等[2]采用動三軸試驗系統(tǒng)對加筋土試樣進(jìn)行固結(jié)不排水三軸剪切試驗。研究了在不同影響因素（加筋材料、加筋層數(shù)、圍壓、固結(jié)應(yīng)力比）影響下加筋土動彈性模量演化規(guī)律；劉大鵬等[3]分析了不同影響因素（壓實度、圍壓、含水率）下礫類土的阻尼比和動彈性模量的演化規(guī)律；李池龍[4]對上海羅北路某新建工程路段的石灰改良軟黏土開展動三軸試驗，分析研究摻灰量、圍壓、固結(jié)比和加荷頻率對其動力指標(biāo)的影響。張凌凱[5]在室內(nèi)動三軸試驗的基礎(chǔ)上，研究了在循環(huán)荷載作用下飽和砂礫土的動力特性規(guī)律，主要分析了振動頻率、固結(jié)壓力和固結(jié)應(yīng)力比對動本構(gòu)關(guān)系和動彈性模量的影響規(guī)律。

綜上不難發(fā)現(xiàn)，對于地基土動力學(xué)問題的研究已有大量研究基礎(chǔ)，但涉及黃土的相關(guān)研究較少，尤其是針對工民建方面的動力學(xué)研究較少。土體的動彈性模量是在工民建工程設(shè)計中必不可少的設(shè)計參數(shù)，應(yīng)對其開展專題研究，研究結(jié)論對工程設(shè)計具有一定的參考意義。

1 工程概況

陜西某建筑工地在施工中采用了強(qiáng)夯法對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理。該處地基土體濕陷性較小，土體粘性較大，土質(zhì)呈暗黃色，屬Q(mào)3黃土。由于施工中采用強(qiáng)夯法，需對土體進(jìn)行動力特性測試試驗。

2 試驗方案

以陜西某黃土基坑為工程依托，現(xiàn)場取樣，結(jié)合黃土自身特點，制定了一個含水率（w=12%）、兩個固結(jié)比（Kc=1.60、Kc=1.69）、三種干密度（ρd=1.5 g/cm3、ρd=1.6 g/cm3、ρd=1.7 g/cm3）、四個圍壓（σ3=100 kPa、σ3=200 kPa、σ3=300 kPa、σ3=400 kPa）的動三軸試驗方案。

3 試驗結(jié)果分析

（1）圍壓對土體動力指標(biāo)的影響規(guī)律分析

對動三軸試驗結(jié)果進(jìn)行整理分析，提取了不同狀態(tài)下四個圍壓時的動彈性模量和動應(yīng)變的數(shù)據(jù)，繪制了如圖1（a）～（e）的關(guān)系曲線。

圖1 不同狀態(tài)下圍壓對動彈性模量的影響曲線

圖1為不同狀態(tài)下圍壓對動彈性模量的影響曲線，由圖知在初始狀態(tài)相同時，動彈性模量隨著動應(yīng)變呈單調(diào)遞減關(guān)系。在相同的動應(yīng)變下，動彈性模量隨圍壓呈單調(diào)遞增關(guān)系。分析原因是因為當(dāng)固結(jié)應(yīng)力比不變時，較大的圍壓引起較大的豎向固結(jié)應(yīng)力。而豎向固結(jié)應(yīng)力增大時，土體內(nèi)部顆粒間的咬合力增大，土體結(jié)合更密實，從而土顆粒間相對滑動更加困難；同時，較大的圍壓產(chǎn)生了較大的粘聚力，使得土體顆粒之間的初始動剪應(yīng)力增大。

（2）干密度對土體動力指標(biāo)的影響規(guī)律分析

圖2 不同狀態(tài)下干密度對動彈性模量的影響規(guī)律

通過圖2中（a）～（d）不難發(fā)現(xiàn)，不同干密度下壓實黃土動彈性模量也隨動應(yīng)變的增大而減小。動應(yīng)變相同時，動彈性模量隨著干密度的增大而增大。原因主要是隨著干密度的增大，土體趨向密實，土顆粒間的聯(lián)結(jié)力增大，促使土體抵抗剪切變形的能力增強(qiáng)，土體產(chǎn)生相同動應(yīng)變所需要的動應(yīng)力增大，即動彈性模量增大。

（3）固結(jié)應(yīng)力比對土體動力指標(biāo)的影響規(guī)律分析

圖3 不同狀態(tài)下固結(jié)應(yīng)力比對動彈性模量的影響曲線

循環(huán)荷載施加前土體的初始狀態(tài)可由固結(jié)應(yīng)力比來反映。不同的固結(jié)應(yīng)力比反映了動荷載施加前土體的不同初始應(yīng)力狀態(tài)。如圖3所示，不同固結(jié)應(yīng)力比下地基土體的動彈性模量與動應(yīng)變呈單調(diào)遞減關(guān)系。動彈性模量與固結(jié)應(yīng)力比的關(guān)系則分為兩個階段：在動應(yīng)變小于0.1%時，二者呈單調(diào)遞增關(guān)系；而在動應(yīng)變大于0.1%時，隨固結(jié)應(yīng)力比的增大，動彈性模量基本不受固結(jié)應(yīng)力比的影響。主要原因是隨著固結(jié)應(yīng)力比的增大，地基土體的初始主應(yīng)力增大，密實度提高，土顆粒之間的滑動變得困難，使得土的動彈性模量增大；相反，土的動應(yīng)變在動應(yīng)力作用下逐漸增大，土體顆粒變得松動，土的粘聚力變小，表現(xiàn)為動彈性模量幾乎不受固結(jié)應(yīng)力比的影響。

4 結(jié)語

土體的動力問題在工民建設(shè)計中常會遇到，一般在設(shè)計時較少考慮此因素的影響。但隨著工程高度的不斷增大，動力學(xué)問題的影響不容忽視?；诖?，本文開展了地基土體的動三軸試驗，分析了圍壓、干密度、固結(jié)比對土體動彈性模量的影響，得出了一些有益結(jié)論，相關(guān)結(jié)論可為工程設(shè)計施工提供指導(dǎo)。