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GDS變方向動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)VDDCSS在地震研究中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2022-12-30 瀏覽次數(shù)：4373 來(lái)源：歐美大地

變方向動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

VDDCSS

變方向循環(huán)簡(jiǎn)單剪切（VDDCSS）允許在兩個(gè)方向進(jìn)行簡(jiǎn)單剪切，而不是標(biāo)準(zhǔn)單向。這通過(guò)具有作用于其上的次級(jí)剪切作動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，此剪切作動(dòng)器與主剪切作動(dòng)器相差90度排布。

當(dāng)用作可變方向的機(jī)器時(shí)，第二剪切軸可以獨(dú)立于另一個(gè)剪切軸或與其一起使用，因此可以在任何水平方向上執(zhí)行簡(jiǎn)單的剪切。實(shí)驗(yàn)可以用不斷旋轉(zhuǎn)的剪切向量進(jìn)行。

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GDS動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)（VDDCSS）在地震研究中的應(yīng)用

地震作用下，地面運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的多維運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，土體遭受水平兩方向的震動(dòng)，兩方向震動(dòng)在大小和方向上相互耦合。眾多學(xué)者認(rèn)為在進(jìn)行地震邊坡的研究中，地震是個(gè)復(fù)雜的時(shí)間與空間過(guò)程，應(yīng)考慮地震動(dòng)荷載隨空間變化的特性。對(duì)2005 年新疆烏什6.2 級(jí)地、2011 年新疆尼勒克、鞏留縣交界6.0 級(jí)地震分析發(fā)現(xiàn)地震加速度不但大小是不斷變化的，方向也是不斷變化的，這證實(shí)了地震時(shí)地面運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的多維運(yùn)動(dòng)。

英國(guó)GDS動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)（VDDCSS）可對(duì)試樣底部施加任何形式的循環(huán)位移或循環(huán)應(yīng)力，來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)的許多加載條件，較方便地研究土的動(dòng)力特性。這包括很多結(jié)構(gòu)的海洋基礎(chǔ)，例如風(fēng)電場(chǎng)和石油磚塔。VDDCSS還可以模擬偏向于某一方向而受力在另一個(gè)方向的情況，例如地震附近區(qū)域。VDDCSS系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪試驗(yàn)系統(tǒng)(VDDCSS)

聶勇、樊恒輝、王中妮等采用溫州大學(xué)VDDCSS系統(tǒng)，對(duì)固結(jié)試樣開(kāi)展了兩組實(shí)驗(yàn)：第一組(單向循環(huán)單剪試驗(yàn))：試樣在不同剪應(yīng)變幅值下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，采用正弦波；第二組(水平雙向耦合的循環(huán)單剪試驗(yàn)，即剪切方向變化的循環(huán)單剪試驗(yàn))：試樣也在不同γ下進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn)，采用正弦波，本組試驗(yàn)進(jìn)行兩水平向耦合，使每個(gè)循環(huán)剪切循環(huán)的方向不斷變化，變化方式是以X 方向?yàn)檩S，以原點(diǎn)為中心進(jìn)行的擺幅剪切，擺幅分別為45°和90°。即先進(jìn)行一次單向的循環(huán)剪切，然后進(jìn)行第二次單向的循環(huán)剪切，方向和第一次的方向產(chǎn)生一個(gè)夾角。具體試驗(yàn)方案見(jiàn)下表。剪切完成之后再對(duì)試樣進(jìn)行固結(jié)研究其變形。

表1 循環(huán)單剪試驗(yàn)方案

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）小應(yīng)變條件下，軟黏土表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的各向異性，其隨的增加逐漸減小，對(duì)G的影響也隨的增加逐漸減小。

圖2 土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線

（2）存在一個(gè)剪應(yīng)變特征值γ_s，即當(dāng)γ＜ γ_s時(shí)，剪切作用會(huì)輕微增加其他新方向的G；當(dāng)γ＞γ_s時(shí)，無(wú)此現(xiàn)象。本文的γ_s= 0.2%。

（a）γ=0.1%

（b）γ=0.5%

圖3 不同剪切條件下土樣歸一化剪切模量和循環(huán)圈數(shù)的關(guān)系曲線

（3）單向剪切下G是平緩變化的，而雙向剪切下G是波動(dòng)變化的。剪切方向的變化(即雙向剪切)會(huì)加快G的衰減，造成更低的G。

(a) 0^°

(b) 45^°

圖4 不同剪應(yīng)變幅值下土樣歸一化剪切模量和循環(huán)圈數(shù)的關(guān)系曲線

（4）小應(yīng)變條件下，u增加很小，剪切方向的變化對(duì)u影響很小，Hrc/H也很小。當(dāng)0.1%＜ γ＜2%時(shí)，u 隨γ的增加急劇上升，剪應(yīng)變方向的變化促進(jìn)u增加，隨γ的增加這種影響逐漸加深。

（a）γ = 0.1%

（b）γ = 0.8%

圖5 不同剪切方式下孔壓比隨時(shí)間的發(fā)展曲線

（5）隨著剪切方向的變化，u_amp 在一個(gè)循環(huán)周期是循環(huán)變化的；隨著剪切的進(jìn)行，u_amp 是逐漸減小的。γ= 0.8%時(shí)u_amp 達(dá)到最大值。

圖6 第50次的循環(huán)孔壓幅值和剪應(yīng)變幅值的關(guān)系曲線

（6）當(dāng)0.1%＜ γ＜2%時(shí)，Hrc/H 隨γ的增加而增加；當(dāng)γ＜1%時(shí)，單向剪切后的Hrc/H 隨的增加緩慢增加，而雙向剪切的Hrc/H 隨的增加快速增加；當(dāng)γ＞1%時(shí)，Hrc/H 隨γ的增加緩慢增加；不同剪切方式下的Hrc/H 最終趨于一致。

圖7 再固結(jié)過(guò)程中剪應(yīng)變幅值和軸向變形曲線

請(qǐng)點(diǎn)擊原文閱讀論文原文：

《循環(huán)剪切方向?qū)︼柡蛙涴ね羷?dòng)靜力特性的影響》聶勇，樊恒輝，王中妮，賀志強(qiáng)

若您希望了解美國(guó)的ASTM規(guī)范《ASTM D 6528-00 Consolidated Undrained Direct Simple Shear Testing of Cohesive Soils》，請(qǐng)聯(lián)系小編！

方向動(dòng)態(tài)循環(huán)單剪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) (VDDCSS)更多信息

VDDCSS提供了一種測(cè)試土樣的系統(tǒng)，可能會(huì)經(jīng)歷隨時(shí)間改變方向的荷載。這包括各種海上基礎(chǔ)設(shè)施，如風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和石油鉆機(jī)。

VDDCSS還可以模擬在一個(gè)方向上偏移并在另一個(gè)方向上加荷的情況。其中一個(gè)例子就是近場(chǎng)地震運(yùn)動(dòng)。

主要特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：

可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn):

荷載或應(yīng)變下的樣品循環(huán)載荷，循環(huán)簡(jiǎn)單剪切，軸向應(yīng)力動(dòng)態(tài)循環(huán)，K0（K-Zero）實(shí)驗(yàn)，壓密/固結(jié)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)靜態(tài)（低速/蠕變）測(cè)試，簡(jiǎn)單剪切，循環(huán)測(cè)試，步進(jìn)加載，軸向壓縮，可變直接簡(jiǎn)單剪切，荷載載控制（動(dòng)態(tài)），荷載控制（靜態(tài)），最大剪切模量，靜態(tài)位移，靜載荷和恒定正常剛度。

動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)單剪切和動(dòng)態(tài)變方向直接簡(jiǎn)單剪切