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摘要：土体的动剪切模量和阻尼比是土动力特性在建筑物抗震设计中的两个重要参数，也是场地地震安评不可缺少的内容。本文通过对苏州地区关键工程地质层组的共振柱试验结果，采用最小二乘法回归得到相应的拟合参数值。根据试验结果得出，最大动剪切模量随着剪应变的增加而逐渐减小，随着有效围压的增大而增大，随着孔隙比的增大而减小；阻尼比随着剪应变的增加而增加；随着有效围压的增大而减小；滨海相沉积土在剪应变幅值较大时，其结构破坏明显大于河湖相沉积的粘性土。
关键词：苏州；关键工程地质层组；共振柱试验；动剪切模量；阻尼比
1、前言
近年来，地壳活动进入活跃期，我国乃至全球特大地震频发，在地震烈度高的地区，工程建设的抗震问题较为突出。表征土体动力特性的参数主要为动剪切模量与阻尼比，其测试方法主要为现场原位测试与室内试验，两者相互补充、互为印证。[1]本文通过对苏州关键工程地质层组的共振柱试验结果进行拟合分析，得出了该地区的和关系曲线拟合参数推荐值。
2、关键工程地质层组的识别
工程地质层组的划分可以清晰的反映地质结构的变化规律，抓住主要的工程地质问题，便于地质模型的概化和参数研究。[2，3]苏州地处长江三角洲前缘，第四纪沉积物较厚且分布复杂，为了便于对该地区的地层参数研究，需对其地层进行层组划分。彭寿龙（2012）通过收集苏州地区1200多个钻孔资料按照沉积时代、成因类型与沉积环境；物质成分与结构特征、工程特性指标将30米以浅的地层分为了8个层组，如下表所示。[4]
本文针对其中的软土（第③层）及砂土层（第⑥-2、⑥-3、⑦层）进行了共振柱试验。
试验各土层物理参数见下表。
表1 试验土样的物理性质
3、共振柱试验及结果分析
动力计算所用的剪切模量G与阻尼比D都随剪应变的大小而变化，本文中的剪切模量与阻尼比在剪应变γ小于10-4时用共振柱三轴仪测试，γ大于10-4时用哈丁模型拟合。
试验用的仪器为DTC—185型共振柱三轴仪，仪器如图1所示。试样直径50mm，高100mm，用橡皮膜包扎安装在压力室内施加周围压力和轴向压力，使试样在预定的压力下固结；然后在试样顶端施加扭转的谐振激振力，调节激振频率使试样顶端的振幅达到最大值，这时试样系统发生共振，测得共振频率fn按下式计算剪切模量：
式中：f0——无试样时仪器转动部分的共振频率；
It——试样顶端激振器、传感器等附加质量的惯性矩；
Iθ——试样的惯性矩；
——试样的密度；
H——试样的高度。
阻尼比根据下式计算：
表2 各层土和曲线的拟合参数推荐值
对上述成果进行对比分析发现：最大动剪切模量随着剪应变的增加而逐渐减小，随着有效围压的增大而增大，随着孔隙比的增大而减小；阻尼比随着剪应变的增加而增加；随着有效围压的增大而减小。
⑦层土的动剪切模量比在剪应变大于1×10-4时明显低于③层土，该现象表明滨海相沉积土的结构在剪应变幅值较大时，其结构破坏明显大于河湖相沉积的粘性土。
4、结论
本文对苏州地区关键工程地质层组进行了动力试验，并对试验结果进行回归分析，得到其动剪切模量、阻尼比与剪应变的关系曲线，给出其拟合参数推荐值，可作为地区经验参考。
最大动剪切模量随着剪应变的增加而逐渐减小，随着有效围压的增大而增大，随着孔隙比的增大而减小；阻尼比随着剪应变的增加而增加；随着有效围压的增大而减小。
⑦层土的动剪切模量比在剪应变大于1×10-4时明显低于③层土，该现象表明滨海相沉积土的结构在剪应变幅值较大时，其结构破坏明显大于河湖相沉积的粘性土。
参考文献：
[1]康现栋梁.土的动剪切模量和阻尼比测试方法概述[J].科技展望，2017.
[2]李晓昭.土体工程地质层组的划分[J].岩土力学，2004.
[3]杨锦贤.天津平原软土层分布规律及工程地质层划分[J].天津大学学报，1991.
[4]彭寿龙.苏州关键工程地质层组岩土工程特性研究[D].南京：南京大学，2012.
论文作者:彭寿龙,刘驹
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/3
标签：阻尼论文; 应变论文; 试样论文; 苏州论文; 工程地质论文; 参数论文; 关键论文; 《防护工程》2019年12期论文;