搜索
土体动力性状影响因素国内外研究现状影响土体动力性状的影响因素有很多[51][55]，大致有：1）土体物理性质（如含水量、密度、液塑限、颗粒级配和扰动程度等）；2）土体受力状态（如固结围压、固结比、超固结比、动剪应力水平和预剪应力水平等）；3）试验加载类型（如循环三轴试验和循环单剪试验，单向循环试验和双向循环试验，单向激振试验和双向激振试验等）；4）试验控制方式（应力控制和应变控制）；5）荷载波形（如正弦波形、三角波形等）；6）荷载参数（如频率、振幅、周次等）；7）排水状态；8）试样长细比。下面对其中一些影响因素的研究情况做一概述。（1）动应力幅值动应力幅值是指循环荷载的大小，是影响土动力特性的重要因素。研究结果表明，动应力幅值决定了应变和孔压的发展模式。在相同循环周次下，随着荷载振幅的增加，应变和孔压也随之增加。当动应力幅值小于一定值时，随着循环周次的增加，应变和孔压逐渐增大，但增加速率逐渐减少，并最终趋于稳定状态。而当动应力幅值大于该值时，应变和孔压随着循环周次的增加而迅速增大，并且在有限的循环周次内达到试样结构的破坏。这种现象源于土体中存在着临界循环动应力幅值。此概念最早由Larew和Leonards[56]提出，后来France[56]、Sangrey[57]、Matsui[58]、Atilla[59]、周建[61]、唐益群[31]和王军[62]等通过试验结果也进一步验证了该现象的存在。Hyde等[62]认为，临界循环应力比与试样的应力历史和加载应力路径有关。当动应力幅值小于临界值时，土体内没有应变和孔压产生。Matsui等[58]通过应力控制的循环三轴试验发现了这一临界循环应力比，当时他称之为循环剪应力较低的边界值。Ohara和Matsuda[64]对Kaolinite粘土进行了应变控制的循环直剪试验，也发现了这一临界现象，并得到该粘土的临界循环应变值为0.05。周建[65]等通过动三轴试验得出杭州软粘土的临界循环应力比为0.02。Vuceti等[66]研究了土体塑性指数Ip，超固结比OCR等对门槛循环应变值的影响，得出Ip和OCR的提高，将增大土体的门槛循环应变值。当然，也有一些学者，如Sangrey[67]认为，土体中不存在临界循环动应力幅值。但可以肯定的是，目前尚没有相关理论可以解释临界循环动应力的现象。因此，该方面的研究有待进一步加强。（2）荷载频率目前，国内外许多研究资料表明，振动频率对砂土的动强度和变形等动力特性影响较小，这一观点已基本达成共识。但对于软粘土，振动频率对土动力特性的影响却尚未达成一致意见，需要进一步加以研究[55,68]。Yasuhara[69]认为，循环荷载频率对软粘土的动强度和变形几乎没有影响，但在相同的循环周次下，孔压随着频率的增加而增大。Brewer[70]采用频率f=0.01~4Hz，对Ip=35的粘土进行动三轴试验，发现在相同循环周次下，低频荷载产生的孔压和变形比高频大。Matsui[59]、许才军[71-72]、章克凌等[73]、唐益群等[31]基于饱和软粘土的循环三轴试验结果也得出类似的结论。何昌荣[73]认为，静力试验的加荷速率和周期荷载的试验频率对粘性土的应变特性有一定影响，在频率f=0.1~5Hz范围内，饱和粘性土的动模量和阻尼比明显或成倍增长。徐学燕等[74]认为，随着振动频率的加快，冻土的动弹性模量随之增加，而阻尼比则相应减小。王建荣[76]等通过动三轴试验表明，原状黄土的动弹性模量随着荷载振动频率的增加而略有增加，阻尼比则明显增加。Chen等[76]认为频率越高，土体变形发展越慢，动强度越低，但频率对极限最小循环强度没有影响。张茹[68]通过对土石坝心墙防渗粘性土的动三轴试验研究表明，当频率=0.1~4Hz时，动强度随f的升高而增大，f4Hz后，动强度有下降趋势；当频率f=0.1~1Hz时，频率愈高，动孔压比愈大，f1Hz后，频率愈高，动孔压比愈小；频率f越高，动模量和阻尼比越大。Lashine等[78]、Hyde[79]等根据各自的试验结果认为，对给定的应力水平，频率对周期应变和孔压几乎没有什么影响。Brown等[80]的研究成果也有类似的结论，认为振动频率对粘土的动力特性几乎没有影响。由此可见，振动频率对粘性土的影响因土性的不同而存在很大差异，根据现有资料尚未形成公认一致的观点。考虑到振动频率与列车循环荷载的提速关系密切，因此非常有必要开展振动频率对软粘土动力特性影响的基础性研究工作。（3）试验加载和控制动力学试验按加载设备分有循环三轴试验、循环扭剪试验、循环单剪试验和共振柱试验等。按照试验控制方式分：有应力控制式和应变控制式两种。不同的试验设备所得到的试验结果是不相同的，应根据实际研究需要选用不同的试验设备[81]。在应力控制试验中，试样制备、初应变、侧压力系数、超固结比，以及密度等都能够影响土体动力强度。而在应变控制试验中，孔压发展不受土体结构的影响，而且孔压与循环剪应变具有较好的相关性[82]。（4）固结围压固结围压是影响粘土的循环动力特性的因素之一。Matsui[59]认为不同围压下孔隙水压力与循环次数之间的关系可以由固结围压来归一。周建[65]、王军[62]等则采用土体不排水强度参数来考虑固结围压的影响。固结围压不仅会影响土的动力特性，而且还会影响室内试验的设计。在动三轴试验中，有许多因素会影响最终的试验结果[82]，如端部摩擦力、橡皮膜作用、渗漏等，这些影响因素在当前科研条件下难以完全克服和消除。于是，室内试验的围压选择就受到了一定的限制。当围压较低时，这些影响因素是必须加以考虑的，而只有当围压较高时，它们的影响才可忽略。目前，低围压作用下的土体动力性状试验研究开展的比较少。（5）排水条件：在循环荷载作用下，考虑到软粘土的渗透性可认为短期循环荷载作用下土体为不排水条件，但长期循环荷载作用下土体空隙水压力在循环加载过程中是变化的，需要考虑排水固结，可认为土体为部分排水条件。Hyodo[20]和Yashuhara[23]进行了软粘土不排水和部分排水条件下的低频循环三轴实验研究，在对重塑土样进行24小时的等压固结后进行应力控制式频率为0.1Hz的循环荷载试验，分别采用相同的循环应力比为0.4、0.45、0.55进行部分排水和不排水条件下的循环三轴实验，在实验结果的基础上，提出了能模拟软土中空隙水压力生成的消散过程的公式，公式中引入表示有效应力空间的p’—q中相对循环强度和有效应力空间位置的二个应力参数，公式中也反映了不排水条件循环荷载试验中受拉侧的峰值应力比和双向剪应变的对应关系，通过这个模型和径向固结的轴对称固结理论相结合，可进行部分排水条件下的软粘土孔压变化的性状研究，模型预测的孔压和剪应变结果与实验结果对比表明了模型对部分排水条件下的软粘土的变形和稳定性分析有实用意义。（6）循环波形。Hyodo[20]和Yasuhara[23](1988)认为交通荷载的波形接近于三角形，蒋军[83]通过试验发现在路基正常使用范围内，波形对路基土变形的影响不大。