小研近海岸海洋土的等效動(dòng)剪切模量和等效阻尼分析

1 引言
　　全球的海運港口、海峽航運航道、海洋石油儲量和海上采油井都位于海岸海洋，對于海岸海洋的研究就越來(lái)越受到人們的重視。然而這些海洋工程建筑物除受靜荷載作用之外，還會(huì )受到風(fēng)，浪，地震等荷載的作用，分布在近岸海洋土表層的土，如淤泥、粘土、粉質(zhì)粘土、砂土和其下地基土，如殘積土、全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖等，土在動(dòng)荷載作用下將會(huì )發(fā)生震動(dòng)弱化，易使建筑物發(fā)生滑移和沉降等變形。因此，在進(jìn)行海洋工程建筑物的地基設計計算中，應對地基進(jìn)行動(dòng)力穩定性分析，土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比是土動(dòng)力穩定分析中兩個(gè)必不可少的重要參數。對于這兩個(gè)參數的選擇是否符合實(shí)際情況對計算結果的可靠性有重要影響，也直接關(guān)系到工程結構的安全性和經(jīng)濟性。

　　所以本文基于我國東部部分沿海地區（如唐山市唐�？h附近的曹妃甸，江蘇南通的如東，福建省沿海的寧德和福清，以及珠江三角洲地區的臺山，陽(yáng)江等）的實(shí)際工程資料，分析得出海岸海洋土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比隨剪應變幅值γ變化的平均曲線(xiàn)、包絡(luò )線(xiàn)及其參數的推薦值，供實(shí)際工程參考借鑒。

　　2 最大動(dòng)剪切模量的確定等效
　　線(xiàn)性粘-彈性模型(Hardin-Drnevich 模型)以線(xiàn)性粘-彈性理論為基礎，同時(shí)考慮了土體的非線(xiàn)性性質(zhì)，在地震工程中得到普遍應用。Gmax 為最大動(dòng)剪切模量，可用1/Gmax與動(dòng)剪應變幅γ 在縱軸上的截距的倒數求得，這主要是基于動(dòng)應力～應變關(guān)系符合雙曲線(xiàn)模型的假定。但是實(shí)際的試驗曲線(xiàn)往往不滿(mǎn)足這一假定，所以，本文確定最大動(dòng)剪切模量Gmax 時(shí)，按實(shí)際的回歸曲線(xiàn)上動(dòng)剪應變幅為10-6 對應的等效動(dòng)剪切模量作為最大動(dòng)剪切模量Gmax。

　　3 土類(lèi)的性質(zhì)指標本文研究的土類(lèi)
　　為我國東部沿海地區（唐山市唐�？h附近的曹妃甸，江蘇南通的如東，福建省沿海的寧德和福清，以及珠江三角洲地區的臺山，陽(yáng)江等）的淤泥，粘土，粉質(zhì)粘土，砂土，殘積土，全風(fēng)化花崗巖，強風(fēng)化花崗巖等。

　　4 試驗資料統計
　　4.1 動(dòng)剪切模量比隨剪應變幅值γ變化曲線(xiàn)圖
　　4.1.1 給出本文所研究的
　　我們東部海岸地區土類(lèi)的歸一化等效動(dòng)剪切模量比隨剪應變幅值γ變化曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，不論土類(lèi)，還是區域的不同，土的應力-應變關(guān)系都顯示出非線(xiàn)性和滯后性的一般規律。一般而言，歸一化等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應變幅的增大而衰減的程度，主要受?chē)鷫旱挠绊�，即隨著(zhù)圍壓的降低衰減加快。本文所研究的土類(lèi)也有類(lèi)似的結論。且可以看出，歸一化的等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應變幅的變化也與區域有關(guān)。同一種土類(lèi)在不同的區域其大小也是有差別的。通過(guò)比較，發(fā)現陽(yáng)江地區的動(dòng)模量值偏大，尤其是陽(yáng)江地區的淤泥質(zhì)土和寧德地區的淤泥質(zhì)土的數值明顯高于其他地區及其他土類(lèi)。但是總體而言，不同地區的海岸海洋土還是比較集中的分布在一條窄條帶內，歸一化的等效動(dòng)剪切模量相差不大。

　　按土類(lèi)劃分，將不同地區的相同土類(lèi)集中研究。
　　4.1.2 各種土類(lèi)歸一化等效
　　動(dòng)剪切模量與動(dòng)剪應變的關(guān)系取值范圍。由圖像得到淤泥質(zhì)土的值最大，在其他土類(lèi)的上部。而砂土的范圍比較大，其包絡(luò )線(xiàn)包含了粉質(zhì)粘土，淤泥，全風(fēng)化花崗巖以及互層土。其中粉質(zhì)粘土（與粘土相同）的上下包絡(luò )線(xiàn)緊靠砂土包絡(luò )線(xiàn)內側，而淤泥則比較集中靠近粉質(zhì)粘土的上包絡(luò )線(xiàn)附近。全風(fēng)化的包絡(luò )線(xiàn)與淤泥比較相近，交叉在淤泥的兩側�；�層土的上包絡(luò )線(xiàn)在淤泥附近，下包絡(luò )線(xiàn)基本與砂土重合。殘積土的上包絡(luò )線(xiàn)與砂土上包絡(luò )線(xiàn)很近，而下包絡(luò )線(xiàn)則在淤泥的附近。不同土類(lèi)的包絡(luò )線(xiàn)范圍也體現了相應土類(lèi)的歸一化等效動(dòng)剪切模量集中范圍。

　　將不同地區的土類(lèi)（淤泥，淤泥質(zhì)土，粉質(zhì)粘土，粘土，粉土，砂土，粉質(zhì)粘土互粉砂，殘積土，全風(fēng)化花崗巖，強風(fēng)化花崗巖）歸一化等效動(dòng)剪切模量的平均線(xiàn)集中體現在�？梢钥闯霾煌�土類(lèi)動(dòng)模量值由大到小依次是：粉土，殘積土，全風(fēng)化，淤泥質(zhì)土，淤泥，砂土，粘土，粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土互粉砂。而當剪應變?yōu)?*10-4 時(shí)，由高到低G/Gmax 比為：1.13：1.11：1.1：1.1：1.07：1.07：1.04：1.03：1。具體數值見(jiàn)表2.

　　4.1.3 中所有海岸海洋土土類(lèi)的平均線(xiàn)再做處理，建議了一般海岸海洋土類(lèi)歸一化等效動(dòng)剪切模量與動(dòng)剪應變關(guān)系的平均線(xiàn)和包絡(luò )線(xiàn)取值范圍。

　　4.2 阻尼比隨剪應變幅值γ變化曲線(xiàn)圖
　　4.2.1 給出本文所研究的我們
　　東部海岸地區土類(lèi)的等效阻尼比隨剪應變幅值γ變化曲線(xiàn)。相關(guān)研究表明[2]，動(dòng)剪切模量越高阻尼比就越低，等效阻尼比隨動(dòng)剪應變幅的增大而增大，隨圍壓的增大而減小。本文研究結果也進(jìn)一步證實(shí)上述結論。 比較發(fā)現等效阻尼比隨動(dòng)剪應變幅的變化比歸一化的等效動(dòng)剪切模量隨動(dòng)剪應變幅的變化離散度大。隨著(zhù)動(dòng)剪應變幅的增大，阻尼比上升也越快，表明土類(lèi)進(jìn)入較強的非線(xiàn)性，應變滯后于應力的現象更明顯。

　　所有地區土按土類(lèi)進(jìn)行劃分，得出圖4.2.2 各種土類(lèi)等效阻尼比與動(dòng)剪應變的關(guān)系包絡(luò )線(xiàn)范圍。比較不同土類(lèi)的取值范圍，發(fā)現粘土和淤泥的上包絡(luò )線(xiàn)比較靠近，而粘土的下包絡(luò )線(xiàn)較低。殘積土與互層土的取值范圍集中在淤泥上下包絡(luò )線(xiàn)內，而砂土的等效阻尼比取值范圍較低，其上包絡(luò )線(xiàn)與淤泥及粘土的下包絡(luò )線(xiàn)比較接近。

　　不同地區的土類(lèi)（淤泥，淤泥質(zhì)土，粉質(zhì)粘土，粘土，粉土，砂土，粉質(zhì)粘土互粉砂，殘積土，全風(fēng)化花崗巖，強風(fēng)化花崗巖）等效阻尼比的平均線(xiàn)集中體�？梢钥闯龅刃ё枘岜扔筛叩降痛笾聻閺婏L(fēng)化，全分化，殘積土，淤泥，粘土，互層土，粉質(zhì)粘土，粉土，砂土，最后是淤泥質(zhì)土。當動(dòng)剪應變在 時(shí)，以上土類(lèi)的h%比為2.08：1.85：1.68：

　　1.64：1.52：1.43：1.36：1.28：1.04：1。具體數值見(jiàn)基礎上給出海岸海洋土等效阻尼比隨剪應變幅的變化的平均曲線(xiàn)和包絡(luò )線(xiàn)取值范圍。

　　5 與國內外統計數據的比較
　　至今國內外已有很多學(xué)者對不同地區各類(lèi)土的動(dòng)剪切模量和阻尼比進(jìn)行了大量的試驗研究，得出了很多有價(jià)值的成果。
　　袁曉銘等人對來(lái)自北京、上海等全國十幾個(gè)不同地區的粘土，粉質(zhì)粘土，粉土，砂土等的研究以及陳國興和陳繼華等人根據來(lái)自長(cháng)江下游15 個(gè)城市七類(lèi)新近沉積土試驗得出了土的動(dòng)剪切模量比和阻尼比隨剪應變幅值γ變化的平均曲線(xiàn)、包絡(luò )線(xiàn)及其參數的推薦值。與本文的區別在于以上的土類(lèi)均來(lái)自?xún)汝懙貐^。通過(guò)比較可以看出，本文所研究的近海岸海洋土的動(dòng)剪切模量與阻尼比稍大。由此可以得出，在海岸地區土類(lèi)的動(dòng)剪切模量和阻尼比要略大于內陸地區相同名稱(chēng)的土類(lèi)。

　　張效龍等人對天津濱海灘涂淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和粉砂的最大剪切模量、動(dòng)剪切模量與阻尼比隨剪應變的變化關(guān)系進(jìn)行了分析。其選取的土樣均來(lái)自海岸海洋土類(lèi)。比較而言，本文所得到的土樣動(dòng)剪切模量比和阻尼比較其大些，其原因是所選土樣的區域不同，參數確定方法不同。

　　孫靜等人將國內學(xué)者費涵昌、蔣壽田、祝龍根、徐存森、袁曉銘等以及國外諸多學(xué)者分別對不同地區各類(lèi)土動(dòng)剪模量和阻尼比的資料進(jìn)行了整理分析。本文所研究的粘土和砂土的數值與文獻中所整理分析的數值比較接近。當動(dòng)剪應變?yōu)�，本文的�?dòng)剪切模量數據略大，隨著(zhù)動(dòng)剪應變的增大，本文的數據與文獻中的差距較小。

　　綜上，由于不同學(xué)者對所選土樣的來(lái)源，種類(lèi)，試驗的手段，分析數據的方法的不同以及土本身的復雜性和離散性，所給出的G/Gmax -γ和D -γ關(guān)系曲線(xiàn)存在差異也是必然的。

　　但是本文在我國東部沿海地區大量的工程實(shí)際資料基礎上，得出的不同土類(lèi)的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應變幅變化曲線(xiàn)具有較大的可信度和參考價(jià)值的。

　　6 結論
　�。�1）土類(lèi)在不同區域的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應變幅的變化曲線(xiàn)是有差別的；但不同區域海岸海洋土歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應變幅的變化曲線(xiàn)還是比較集中的。本文給出了一般海岸海洋土歸一化等效動(dòng)剪切模量及阻尼比與動(dòng)剪應變依賴(lài)關(guān)系的取值范圍及推薦值，并比較了不同土類(lèi)歸一化等效動(dòng)剪切模量及阻尼比的取值范圍及大小關(guān)系。本醫學(xué)論文來(lái)源于醫學(xué)論文發(fā)表網(wǎng)，

　�。�2）通過(guò)與他人研究結果比較發(fā)現，海岸地區土類(lèi)的動(dòng)剪切模量和阻尼比要略大于內陸地區相同名稱(chēng)的土類(lèi)。本文的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和等效阻尼比在數值上與其他關(guān)于海岸海洋土研究的結果還是有一定的差異的，但是總體差別不大。綜合數據本身不可避免的差異性，以及本文所基于的大量工程實(shí)際資料的前提，筆者所得出的歸一化的等效動(dòng)剪切模量和阻尼比隨動(dòng)剪應變幅變化曲線(xiàn)可供實(shí)際工程參考借鑒。
 

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