[发明专利]一种动力模型试验土体的配置方法

说明书

本发明属于土力学试验领域，涉及一种动力模型试验土体的配置方法，本发明先确定土样的最大干密度及最优含水率；再将土样制成环刀试样，并获得环刀试样对应的剪应力‑应变关系曲线；再对不同干密度与含水率的环刀试样对应的剪应力‑应变关系曲线分别进行高次多项式拟合，得到环刀试样初始剪切模量与干密度的关系以及与含水率的关系；在模型土与原型土相比拥有较大的密度和较小的模量的条件下，由环刀试样初始剪切模量与干密度的关系以及与含水率的关系得出，原型土含水量应相对较低于模型土含水量；获得原型土与模型土的S_ρ/S_G关系曲线，根据S_ρ/S_G关系曲线选取试验土体的配置方案。本发明能够得到定性的、尽量的与原型土符合相似关系的模型土。

技术领域

本发明属于土力学试验领域，涉及一种动力模型试验土体的配置方法。

背景技术

动力模型试验是一种从试验角度来研究各种结构动力特性的重要手段，已经广泛应用于土与结构相互作用的研究中，其中模型土的配制尤为重要。有关动力模型试验研究的可靠性主要是由原型与模型之间的相似关系来决定的，在土与结构相互作用的研究中，由于整个体系的差异性以及土体的复杂性，相似关系要完全满足是很难的，相对来说，结构的相似设计是比较容易的，而模型土的相似设计就比较困难。对于模型试验中模型土的配制，大多为土与其他材料混合制作。然而，各种特殊材料与土的混合无疑都会影响土的本性，当模型土不添加其他材料时，原型土与模型土的动剪模量G_d(γ)-γ曲线自然相似。因此，寻找一种简单、不添加其他材料、尽量符合相似关系的模型土配制方法很重要。

发明内容

本发明的目的是针对动力模型试验的模型土的问题，提供一种动力模型试验土体的配置方法，通过控制土体自身的含水率和干密度来研究土体初始剪切模量的变化规律，寻找尽量满足相似关系的模型土配制的干密度与含水率，进而得到定性的、尽量的与原型土符合相似关系的模型土。

本发明所采用的技术方案是：

一种动力模型试验土体的配置方法，包括如下步骤：

步骤1，制备不同含水率土样，测出土样的含水率和干密度，并绘制含水率-干密度关系曲线，通过含水率-干密度关系曲线确定土样的最大干密度及最优含水率；

步骤2，再将土样烘干重塑，根据步骤1获得的土样的最大干密度和最优含水率，按照不同含水率分别配制若干份土样，并使若干份土样的含水率均匀分布；待若干份土样的含水率均匀分布后，再将土样分别制成不同干密度的环刀试样，计算不同含水率下土样的密度；

步骤3，对制备好的不同干密度的环刀试样分别进行垂直压力为预设值的直接剪切试验(即快剪)，记录直接剪切试验的剪切位移与相应剪应力，根据剪切位移与相应剪应力绘制出不同干密度与含水率的环刀试样分别对应的剪应力-应变关系曲线；

步骤4，对步骤3所得不同干密度与含水率的环刀试样对应的剪应力-应变关系曲线，分别进行高次多项式拟合，找出最为理想的多项式拟合效果，得到拟合曲线，根据该拟合曲线得到试样的初始剪切模量，并得到环刀试样初始剪切模量与干密度的关系以及与含水率的关系；由环刀试样初始剪切模量与干密度的关系以及与含水率的关系可知，土样在一定的干密度条件下，含水量越高，剪切模量越小；

步骤5，在模型土与原型土相比拥有较大的密度和较小的模量的条件下，由步骤4得到的环刀试样的环刀试样初始剪切模量与干密度的关系以及与含水率的关系得出，原型土含水量应相对较低于模型土含水量；当原型土为较低含水试样，模型土为较高含水率试样，则获得原型土与模型土的S_ρ/S_G关系曲线，根据S_ρ/S_G关系曲线选取试验土体的配置方案；

其中，S_ρ为模型与原型的密度相似比，由步骤2中得到的密度计算；