大型振动单剪测试：探索新领域

图4.32　振动扭剪试验的动剪应力、剪应变和孔隙水压力记录曲线

小型振动单剪试验往往有应力集中、应变不均匀等缺点，所以发展了大型振动单剪试验。美国狄阿巴（De Alba）的大型单剪仪是对常用的振动台的重大改进。把砂土试样铺在振动台上，试样的底部面积为2300mm×1100mm，顶面积为1870mm×760mm，厚100mm，四边铺填成斜坡状。整个试样用橡皮膜包裹并用框架压紧在振动台面上。在橡皮膜顶部放置无底的框，框的尺寸与试样顶面积相同，框高50mm。框内装钢砂，这些钢砂就压在试样顶的橡皮膜上，成为惯性块体。在振动台上再罩上有顶盖的框，成为压力室。可对试样施加空气压力。振动台发生正弦波的水平向往复运动，正弦波的峰值加速度为amax，则试样底部的动剪应力为

图4.33　τ 关系曲线

式中 W——试样与惯性块体作用于振动台面上的单位面积重量；

g——重力加速度。

在振动试验时，自动测量记录水平位移、竖直位移和试样内不同点的孔隙水压力。从一些试验记录曲线看到，不同位置的孔隙水压力基本上一致。

图4.34 为大型振动单剪试验资料与小型振动单剪试验资料的比较，都已修正到试样的相对密度Dr＝0.5 时的数值。由图可见，大部分小型振动单剪试验成果与大型振动单剪试验成果差别不太大。(www.xing528.com)

图4.34　大型振动单剪试验资料与小型振动单剪试验资料的比较

图4.35为大型振动单剪试验与振动三轴试验资料比较。图中纵坐标τd/σ0为大型振动单剪试验的动剪应力比，σ0为固结压力。σd/2σ0为振动三轴试验动剪应力比，σd/2 为45°面上的动剪应力，σ0为固结应力。两者都是等压固结，即σ1＝σ3＝σ0。由图可见，振动三轴试验成果比大型振动单剪试验成果高得多。由两条曲线可求得校正系数Cr

图4.35　大型振动单剪试验与振动三轴试验资料比较

图4.36　校正系数Cr与N 的关系

Cr值从N ＝4 的0.65 到N ＝50 的0.6，如图4.36 实线所示。如果考虑到实际地震既有水平方向又有竖直方向，而振动试验只有水平方向振动，故应将试验的剪应力比减小10%。因此将振动三轴试验的剪应力比应用于现场时，亦应减小10%，故Cr值对于正常固结的砂土来说，De Alba和Seed建议采用0.54～0.52，见图4.36 虚线。图4.36 的Cr曲线只适用于水平地面的地基，不适用于土石坝。