文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比
非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

2005年7月SHUILI XUEBAO第36卷第7期

文章编号:0559-9350(2005)07-0830-05

非饱和黄土的动剪模量与阻尼比

骆亚生,田堪良

(西北农林科技大学 水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100)

摘要:本文对陕西杨凌地区的非饱和黄土在不同湿度条件下进行动扭剪试验,测定了非饱和黄土的动剪切模量和阻尼比。结果表明,非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小,但减小的幅度愈来愈小;在其它条件相同时,最大动剪切模量随含水率的减小而增大,随固结应力的增大而增大;非饱和黄土的动剪切模量与黄土的结构状态及密实状态有关。在相同含水率、固结应力比和固结应力条件下,原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大,重塑黄土最大动剪切模量随试样干密度的增大而增大;非饱和黄土的阻尼比受含水率、固结应力比、周围压力、干密度等因素的影响,可以反映在其与动剪应变的关系上,在半对数坐标系中动剪切模量与动剪应变具有较为良好的线性关系。

关键词:非饱和黄土;动剪模量;阻尼比

中图分类号:TU444 文献标识码:A

我国黄土主要集中分布在干旱半干旱的中西部地区,这些地区为地震多发区且烈度较高,历史上黄土地区在地震作用下产生的滑坡、震陷和地裂曾经给当地人民的生命和财产造成巨大损失,使得人们不得不重视和关注动荷载作用下黄土地区工程问题[1~8]。用土动力学的方法对非饱和黄土的动力特性进行深入的研究,既是黄土地区减灾防灾的需要,也是西部大开发的现实要求。

动剪模量和阻尼比是抗震分析和设计的重要依据。由于非饱和黄土适应变形的能力较差,在常规动三轴试验中容易出现试样变形局部化以及试样与振动轴脱离的现象,从而使试样的轴向变形量难以精确测量,难于得到较为准确及具有较好规律性的动剪切模量和阻尼比值。本文在动扭剪三轴仪上对杨凌非饱和黄土在不同湿度条件下进行动扭剪试验,可避免常规动三轴仪振动过程中的固有缺陷,以期更好地测定非饱和黄土的动剪模量和阻尼比。

1 试验方法

1.1 原状黄土试样的制备试验土样取自陕西杨凌某砖窑土场,取土深度3.0~4.0m,属Q3黄土,比重

2.71,烘干法测得天然含水率17.8%,天然干密度1.26g/cm3,天然孔隙比1.085,天然饱和度0.585。黄土土样的物理性质指标见表1。

收稿日期:2004-11-18

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10172070)

作者简介:骆亚生(1967-),男,陕西泾阳人,博士,副教授,主要从事黄土力学与工程方面的研究工作。

E-mail:lyas@https://www.wendangku.net/doc/843459896.html,

2005年7月 SHUILI XUEBAO 第36卷 第7期

表1 黄土土样的物理性质指标 颗粒组成(%) 按颗粒组成

分类

液限(%) 塑限(%) 塑性指数(%)按塑性图分类>0.05mm 0.05~0.005mm <0.05mm 粉质黏土 30.5 18.6 11.9 C1 6.5 61.4 32.1

试样为空心圆柱形,外径70mm、内径30mm,高100mm。将原状黄土土样按要求削制、钻孔,制成标准试样数个,分别用风干法和水膜转移法(配水法)对试样进行含水率控制,然后将不同含水率的试样用保鲜膜包裹,放入密闭养护缸进行养护,待内部水分分布均匀后备用。

1.2 试验仪器及方法 试验在日本诚研社生产的DTC-199型电液伺服加荷往复扭转动三轴仪上进行。试验过程中试样的各个静压力、动扭矩、动孔隙水压力、动转角及轴向变形可由电脑数据采集处理系统记录。试验中用在底座镶嵌高进气值陶土板的方法通过压力传感器进行非饱和土孔隙水压力的测量,在试样顶部

加装压力传感器进行孔隙气压力的测量,试验过程表明,这种方法是可行的[6]。

试验参照《土工试验规程》SL237-1999中振动三轴试验进行操作。试样采用排气固结,固结过程中测孔隙水压力,以30min轴向变形不大于0.01mm且孔隙水压力变幅不超过2kPa为稳定标准。固结完成后,安装孔隙气压力传感器进行不排气、不排水振动扭剪试验,以轴向应变达到5%为破坏标准。

2 动剪切模量

土的动剪切模量是使土体产生单位动剪应变所需的动剪应力,用τd /γd 表示。动扭剪试验所得的动剪应力与动剪应变本构关系曲线及动剪切模量与动剪应变关系曲线如图1及图2所示。G 0为最大动剪切模量或初始动剪切模量,可由1/G d ~γd 关系曲线纵轴截距的倒数求得。动剪应变过程曲线如图3所示。试验得到的最大动剪切模量整理结果见表2。

图1 动剪应力与动剪应变关系曲线 图2 动剪切模量与动剪应变关系曲线

2005年7月 SHUILI XUEBAO 第36卷 第7期

图3 非饱和黄土动剪应变过程典型曲线

表2 杨凌非饱和黄土最大动剪切模量整理结果

不同围压下的最大动剪切模量G 0/MP a 试样类型 干密度ρ

d /(g/cm 3) 固结比k c

含水率ω(%)σ3=100kP a σ3=200kP a σ3=300kP a 1.0

17.8 35.714(A1) 43.478(A2) 62.500(A3) 12.0

45.455(B1) 58.923(B2) 83.333(B3) 1.5 17.8

26.0

38.461(C1) 25.619(D1) 50.000(C2) 46.667(D2) 66.667(C3) 58.923(D3) 42.5(饱和)

20.619(E1) 41.824(E2) 52.909(E3) 原状土样 1.26 2.0 17.8

50.000(F1) 66.667(F2) 90.909(F3) 1.26 1.5 17.8

42.5(饱和)

22.222(G1) 18.250(H1) 45.455(G2) 39.632(H2) 61.667(G3) 59.428(H3) 1.40 1.5 17.8

26.316(I1) 49.455(I2) 76.923(I3) 重塑土样 1.50 1.5

17.8 29.412(J1) 54.000(J2) 81.667(J3) 注:括号()内的字母及序号代表相应试样的试验状态,以便于在图8~图11中对试验点标识。

由表2可见,非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小,但减小的幅度随动剪应变的增加而愈来愈小;在相同含水率、固结应力比和固结应力条件下,原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大,这是由于原状黄土的原生结构性引起的;含水率对黄土的最大动剪切模量有显著影响,在其他条件相同时,含水率越小最大动剪切模量越大,这是由于含水率影响着黄土颗粒之间的联结强度,决定着黄土结构性的强弱,含水率越小联结强度越高,结构性越强,抵抗剪切变形的能力越强,因而动剪切模量越大;最大动剪切模量与固结应力的大小有关,当固结应力比相等时,固结应力越大最大动剪切模量的值也越大,如图4所示;对于重塑黄土,当试样含水率和试验的固结应力比相同时,最大动剪切模量随试样干密度和固结应力的增大而增大,如图5所示。

2005年7月 SHUILI XUEBAO 第36卷 第7期

图4 非饱和原状黄土不同固结压力下最大动剪切模量

与含水率的关系曲线(k c =1.5) 图5 非饱和重塑黄土不同固结压力下最大动剪切模量 与干密度的关系曲线(k c =1.5,ω=17.8%)

3 动阻尼比特性

土的阻尼比反映土在周期性动荷载作用下,动应力~应变关系滞回圈表现出的滞后性。它是由土体变形时内摩擦作用消耗能量造成的,反映动荷载作用下能量因土的内部阻力而损失的性质,是土动力特性的一个重要性质。土在周期性动荷载作用下的变形包括弹性变形和塑性变形两部分,动应力较低时显示弹性,随着动应力的增加塑性变形逐渐发展,动应力应变关系显示出非线性和应变的滞后性特点。通常在动力试验中,对试样逐级施加动荷载,选取有代表性的循环,绘制该循环的应力应变关系曲线即滞回曲线(圈),如图6所示。滞回圈的面积代表相应的能量消耗,由土在周期性动荷载一次循环中消耗的能量与该循环中 最大剪应变对应的势能之比可求得土阻尼比,其计算公式为

W W ?=πλ41 (1)

式中:λ为阻尼比;ΔW为滞回曲线所包围的面积;W为图6中三角形△OAB的面积。

图6 滞回曲线 图7 滞回曲线随动剪应变的变化规律

试样逐级施加周期性动剪应力所测得的典型滞回曲线如图7所示。在动剪应变很小时,滞回圈的面积较小,滞回圈上下两个顶点连线较陡,且变化较小,动剪切模量和阻尼比可认为是常量,随着动剪应变的增加,顶点连线的斜率逐渐减小,滞回圈面积逐渐增大,表明黄土的动剪切模量变小,动荷载循环中所消耗的能量增加,阻尼比随之变大。以往对黄土的阻尼特性的研究基本上是在动三轴仪上进行的,截止目前尚未获得较好的规律。虽然一般认为随着应变幅的增大,阻尼比随应变值的增大而增大,应变幅较小时曲

2005年7月SHUILI XUEBAO第36卷第7期

线较陡,至某一应变幅值以后,曲线逐渐平缓,阻尼比趋于一个定值,即最大阻尼比。但对黄土的动三轴试验表明,阻尼比随应变的变化规律比较复杂,阻尼比与动应变的关系比较离散,不同的资料得出的结论不同[1,5,7,8],只是得到的黄土的阻尼比一般在0.10~0.30之间。

作者认为,目前黄土阻尼特性难以得到较好规律的原因是由于非饱和黄土动三轴试验的测定方法上存在两个主要缺陷。一是湿度状态较低的黄土不同于一般饱和的黏土和砂土,它在动荷载作用下的影响范围是由顶部开始逐渐向下发展的,试验中往往可以观测到试样上部变粗而下部基本不变的现象。在这种情况下,按全部试样长度计算应变自然难以反映实际。这种偏差对模量的计算也同样有所影响,但它在阻尼比的计算时,因仅仅研究往复荷载作用下的一个周期,变形的增量变化很小,上述的影响就显得格外突出,这可能是导致测试规律上更大离散性的重要原因。二是进行动三轴试验时,当试样在均压固结条件下施加任何往返动应力或在偏压条件下施加超过偏压的动应力时,土样会在拉半周加载时出现应力方向的转换。这对于饱和砂土和软黏土,因试样在径向挤压时会发生伸长,不致出现与活塞的脱离。但对于在非饱和状态下的黄土,变形对力的反映不很敏感,试样不会形成挤伸变形,势必出现试样与振动活塞的脱开,从而使位移传感器测得拉半周的变形值比实际变形大,而实际的变形值又难以分离,只用直接测得的变形值计算应变,进而分析阻尼特性可能不会有明显的规律性。本文用动扭剪仪对非饱和黄土阻尼特性进行研究,有效地克服了用动三轴仪试验时存在的不足,分析得到的非饱和黄土阻尼特性有比较明显的规律性。

图8 非饱和黄土(原状,重塑)不同含水率不同固结压力下阻尼比与动剪应变关系散点(k d=1.5,ρd=1.26g/cm3)

图9 非饱和黄土(原状,重塑)不同含水率、不同密度、不同固结应力比、不同固结压力下阻尼比与动剪应变关系散点

2005年7月SHUILI XUEBAO第36卷第7期

图8为不同含水率、不同固结压力下的原状黄土和重塑黄土在同一密度及固结应力比k c=1.5时阻尼比随动剪应变变化关系的散点图,图9为不同含水率、不同密度、不同固结应力比时原状黄土和重塑黄土阻尼比与动剪应变关系的散点图。图8、图9中试验点符号标识说明依表2中大写英文字母及其下标所规定。从图中可以看出,非饱和黄土的阻尼比虽然也受含水率、固结应力比、固结应力、干密度、动剪应力等不同因素的影响,但这种影响可以综合地反映在其与动剪应变的关系发展趋势中,这也说明传统的将阻尼比与动剪应变相关联的分析手段在非饱和黄土动力特性研究中依然有效。阻尼比随动剪应变的增大有逐渐上升的趋势,在半对数坐标系中表现出比较良好的线性相关性,且阻尼比一般在0.2~0.3之间。在表2给定的条件下,非饱和黄土的阻尼比与动剪应变的线性关系可由半对数坐标中的直线方程得到,表示如下

λ=0.0261g(Υd)+0.4156 (2)

式中:λ为阻尼比;γd为动剪应变。

4 结论

(1)使用动扭剪三轴仪对非饱和黄土动剪切模量和阻尼比特性进行研究,能有效克服常规动三轴试验中变形难以精确测量的问题,使得动剪切模量和阻尼比的测定更加合理,尤其是对非饱和黄土的阻尼比特性取得了较明显的规律性;(2)非饱和黄土的动剪切模量随动剪应变的增加而减小,但减小的幅度随动剪应变的增加而愈来愈小;在其他条件相同时,含水率越小最大动剪切模量越大;最大动剪切模量与固结应力的大小有关,当固结应力比相等时,固结应力越大最大动剪切模量的值也越大;(3)非饱和黄土的动剪切模量与黄土的结构状态及密实状态有关。在相同的含水率、固结应力比和固结应力条件下,原状黄土的最大动剪切模量比重塑黄土的稍大,重塑黄土最大动剪切模量随试样干密度的增大而增大;(4)含水率、固结应力比、周围压力、干密度、动剪应力等因素对非饱和黄土的阻尼比的影响,可以综合反映在阻尼比与动剪应变关系发展的趋势中。阻尼比与动剪应变在半对数坐标系中具有比较良好的线性关系。非饱和黄土的阻尼比值一般在0.2~0.3之间,随动剪应变增大有逐渐上升的趋势。(5)本文的试验结果及公式(2)是以杨凌非饱和黄土在表2所列的密度、湿度及应力状态下得到的,对其他地区黄土的适用性尚待进一步试验的验证。

参考文献:

[1] 李启鹞,程显尧,蔡东艳.地震荷载下的黄土动力特性[J].西安冶金建筑学院学报,1985,17(3):9-37.

[2] 巫志辉,谢定义,余雄飞,等.洛川黄土动变形强度特性的研究[J].水利学报,1994,(12):67-71.

[3] 骆亚生,谢定义,李永红.原状黄土的动三轴试验研究与探讨[A].湿陷性黄土研究与工程[C].北京:中国建筑工业出版社,2000.116-122.

[4] 王兰民,张振中.随机地震荷载作用下黄土动强度的试验方法[J].西北地震学报,1991,13(3):50-55.

[5] 骆亚生,谢定义.黄土破坏动应力和初始动模量的一种经验估算公式[J].西北水资源与水工程,2000,11(3):6-10.

[6] 骆亚生,谢定义,田堪良.非饱和原状黄土在动荷条件下的孔隙压力变化[A].第九届全国土力学学术会议论文集[C].北京:清华大学出版社,2003.279-282.

[7] 崔文鉴,孙远茹.陕西东坡地区原状黄土动剪模量及阻尼比的试验研究[J].西北地震学报,1990,12(4):60-68.

[8] 朱克廉,周新赞,蔡东艳.黄土动模量和阻尼比的试验研究[J].西安冶金建筑学院学报,1991,23(2):151-157.

2005年7月SHUILI XUEBAO第36卷第7期Dynamic shear modulus and damping ratio of unsaturated loess

LUO Ya-sheng, TIAN Kan-liang

(Northwest Agricultural and Forestry University, Yangling 712100, China)

Abstract: The dynmaic shear modulus and damping ratios of unsaturated loess samples with various moistures gathered from Yangling area were tested by using dynamic torsional shear apparatus. The test results show that: 1. the dynamic shear modulus of saturated loess decreases with the increase of dynamic shear strain, and maximal dynamic shear modulus will be elevated if the moisture is decreased and the consolidation stress is increased; 2.

the modulus is related to the structure state and the density state; 3. the damping ratio is affected by the moisture, consolidation stress, refining pressure and dry density of the soil.

Key words: unsaturated loess; dynamic shear modulus; damping ratio

(责任编辑:韩昆)

第5章土的抗剪强度试题及答案

第5章土的抗剪强度试题及答案 第5章土的抗剪强度试题及答案 一、简答题 1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数,也就是土的强度指标,为什么? 2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的,为什么? 3.何谓土的极限平衡条件?粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同? 4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面?如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角? 5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同?并指出直剪试验土样的大主应力方向。 6.试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7.根据孔隙压力系数A、B的物理意义,说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。 8.同钢材、混凝土等建筑材料相比,土的抗剪强度有何特点?同一种土其强度值是否为一个定值?为什么? 9.影响土的抗剪强度的因素有哪些? 10.土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面?二者何时一致? 11.如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度,工程上如何

选用? 12.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同?同一土样的抗剪强度是不是一个定值?为什么? 13.土的抗剪强度指标是什么?通常通过哪些室内试验、原位测试测定? 14.三轴压缩试验按排水条件的不同,可分为哪几种试验方法?工程应用时,如何根据地基土排水条件的不同,选择土的抗剪强度指标? 15.简述直剪仪的优缺点。【三峡大学2006年研究生入学考试试题】 二、填空题 1.土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的________。 2.无粘性土的抗剪强度来源于___________。 3.粘性土处于应力极限平衡状态时,剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。 4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式,有效应力的表达式。 5.粘性土抗剪强度指标包括、。 6.一种土的含水量越大,其内摩擦角越。 7.已知土中某点,,该点最大剪应力值为,与主应力的夹角为。 8.对于饱和粘性土,若其无侧限抗压强度为,则土的不固结不

基于应变能的各振型阻尼比的计算方法

基于应变能的各振型阻尼比的计算方法 当结构中使用不同的材料或者设置了阻尼器时,各单元的阻尼特性可能会不一样,并且阻尼矩阵为非古典阻尼矩阵,不能按常规方法分离各模态。而这时在时程分析中要使用振型叠加法,需要使用基于应变能的阻尼比计算方法。 具有粘性阻尼特性的单自由度振动体系的阻尼比,可以定义为谐振动(harmonic motion)中的消散能(dissipated energy)和结构中储藏的应变能(strain energy)的比值。 4D S E E ξπ= 在此 E D : 消散能 E S : 应变能 在多自由度体系中,计算某单元的消散能和应变能时使用两个假定。 首先假定结构的变形与振型形状成比例。第i 个振型的单元节点的位移和速度向量如下。 () (),,,,sin cos i n i n i i i n i i n i i t t ωθωωθ=+=+u φu φ 在此, ,i n u : 第i 振型中第n 个单元的位移 ,i n u : 第i 振型中第n 个单元的速度 ?i ,n : 第n 个单元的相应自由度的第i 振型形状 ωi : 第i 振型的固有圆频率 θi : 第i 振型的位相角(phase angle) 其次,假定单元的阻尼与单元的刚度成比例。 2n n n i h ω= C K 在此, C n : 第n 个单元的阻尼矩阵 K n : 第n 个单元的刚度矩阵 h n : 第n 个单元的阻尼比 基于上述假定,单元的消散能和应变能的计算如下: ()(),,,,,,,,,211,22T T D i n n i n n i n n i n T T S i n n i n i n n i n E i n h E i n ππ====u C u φK φu K u φK φ 在此, E D (i , n ) : 第i 振型的第n 个单元的消散能 E S (i , n ) : 第i 振型的第n 个单元的应变能 全体结构的第i 振型的阻尼比可以使用所有单元的第i 振型的能量的和来计算。

非饱和压实黄土抗剪强度的研究

非饱和压实黄土抗剪强度的研究 非饱和黄土分布广泛,建筑物回填地基以及黄土路基、坝基等,这些工程用到的土都为非饱和压实黄土。土水特征曲线是研究非饱和土强度特性的重要内容。 对于压实土,压实功和压实含水率对土的物理力学特性影响很大。相对于压实功,压实含水率的影响更为显著。 不同起始含水率压实的土样尽管矿物成分相同,但常被看作不同的土。为了探究非饱和压实黄土抗剪强度特性,本文以黑方台黄土为研究对象,采用标准击 实法获得击实曲线,确定最优含水率(17.0%),选取低于最优(8.0%)、最优(17.0%)和高于最优(19.0%)三种含水率,采用压实法制备重塑样,压实样干密度与击实曲线上各含水率对应的干密度相同,分别为1.57g/cm~3(D157)、1.71g/cm~3(O171)、1.67g/cm~3(W167),另外以低于最优含水率(8%)制备一组与原状黄土干密度 (1.35 g/cm~3)相同的压实样(D135)。 通过滤纸法测定了四种压实黄土增湿过程的土水特征曲线,并用 Fredlund&Xing的方程对实测数据点进行拟合。结果表明:相同击实含水率的土样,即D135和D157,其土水特征曲线差异不大;而不同击实含水率的土样,即 D157,O171和W167,其土水特征曲线在过渡区(基质吸力10-3000kPa)差异较大。 具体表现为D157土样的土水特征曲线较陡,W167次之,O171最缓,这一现象同土样的微观孔隙分布密切相关。在残余区(基质吸力大于3000kPa),基质吸力 主要与颗粒矿物成分有关。 通过常规直剪试验讨论四种土的应力应变特性。击实含水率8%土样,即D135、D157,均为集粒结构,微观结构相似,土体的初始孔隙比显著影响其应力应变特性,较大孔隙比的土样D135剪切过程中易发生剪缩,表现为理想塑性或应变硬化特

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时,抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线,这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验,主要适用于粘性土和粉土,砂土可按要求的密度制备土样。 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》(DB21-907-96)资料(深度范围不大于15m) 砂土、碎石土内摩察角标准值Φk

(2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式,见《工程地质手册》(第四版)P193。经试算(详见国外砂土标贯击数N与内摩察角Φ的关系(按公式计算))采用Φ值进行承载力特征值f ak计算时,对于粉、细砂采用Φ=(12N)+15,对于中、粗、砾砂采用Φ=+27计算出的数值实际能较为吻合(N 为经杆长修正后的标贯击数)。根据计算成果,N与Φ的对应关系见下表: N与内摩察角Φ(度)的经验关系表 (3) 静力触探试验 《工程地质手册》(第四版)P210,砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值 该方法成本较高,一般很少采用,主要用于场地稳定性评价,见《工程地质手册》(第四版)P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系

建筑结构阻尼比

建筑结构阻尼比 一、阻尼比用于表达结构阻尼的大小,是结构的动力特性之一,是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语,引起结构能量耗散的因素(或称之为影响结构阻尼比的因素)很多,主要有:(1)材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。 (2)周围介质对振动的阻尼。 (3)节点、支座联接处的阻尼 (4)通过支座基础散失一部分能量。 结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各国情况,钢结构的阻尼比一般在0.01-0.02之间(单层钢结构厂房可取0.05),钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03-0.08之间。以上的典型阻尼比的值即为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中,采用的阻尼比的值。在等效秥滞模态阻尼中,混凝土结构刚性较大,而且破坏过程(钢筋屈服和混凝土破碎)中也能够吸收大量能量;钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量,较混凝土而言脆断的可能性低得多,变形量也较大,一般认为10层以下的钢结构建筑物基本不会发生倒塌事故。综上可以看出,钢结构体系变形大,破环程度小是其优势,钢结构抗震方面的优势更多是从材料较轻,承载力高,地震过程中弹塑性变形较大,基本不会发生断裂,构造措施(如柱间支撑)等方面表现出来的。 二、现行设计规范关于结构阻尼比的取值内容: GB50011-2010建筑抗震设计规范规定: 第5.1.5条:建筑结构地震影响系数曲线(图5.1.5)的阻尼调整和形状参数应符合下列要求: 1 除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取0.05,……。 其中专门规定有: 8 多层和高层钢结构房屋中8.2 计算要点中第8.2.2条钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定: 1 多遇地震下的计算,高度不大于50m时可取0.04;高度大于50m且小于200m时,可取0.03;高度不小于200m时,宜取0.02。 2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。 3 在罕遇地震下的弹塑性分析,阻尼比可取0.05。 9 单层工业厂房中9.2 单层钢结构厂房中第9.2.5条····单层厂房的阻尼比,可依据屋盖和围护墙的类型,取0.045~0.05。 其中条文说明:9.2.5 通常设计时,单层钢结构厂房的阻尼比与混凝土柱厂房相同。本次修订,考虑到轻型围护的单层钢结构厂房,在弹性状态工作的阻尼比较小,根据单层、多层到高层钢结构房屋的阻尼比由大到小变化的规律,建议阻尼比按屋盖和围护墙的类型区别对待。 10 空旷房屋和大跨屋盖建筑中第10.2.8 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时,阻尼比应符合下列规定: 1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时,阻尼比可取0.02。 2 当下部支承结构为混凝土结构时,阻尼比可取0.025~0.035。 其中条文说明:本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。 屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的阻尼比不伺,协同分析时阻尼比取值方面的研究较少。

几种阻尼比识别的方法1

几种参数识别的方法 A 基于时域的参数识别方法推导 A1 Ibrahim 时域方法 Irrahim 时域识别方法是需要测量自由响应信号或者脉冲信号。系统为二阶线性系统,被测自由响应信号为x(t),二阶线性系统为复指数之和。 )()(~)(t n t p t x +?ψ= (A-1) []***ψψψψψψ=ψN N ,,,,,,,2121 (A-2) {} t t t t t t N N e e e e e e t p ***=λλλλλλ,,,,,,,)(~2121 (A-3) 其中n(t)为输出噪音信号,N 是振动模态数,它由被测的二阶系统和通过模拟低通滤波截断频率所共同决定,Ψi 和λi 为二阶系统的本征矢量和特征值,m 为测量点数,其中m=1。 通常认为m 等于N ,N 为振动模态数量,为求出)(~ t p ,它为2N*1矩阵,必须在时域上扩展响应信号矢量,例如,在t+T3时刻,响应信号可表示为: )()(~),()(333131t n t p e e diag T t x T T +??ψ=+??*λλ (A-4) 其中n3(t )为在t+T3时刻的噪音矢量,联合公式1和4可得出: )()(~~)(t N t p t u +?ψ= (A-5) 其中: ???? ??+=)()()(3T t x t x t u (A-6) ?? ?????ψψ=ψ??*),(~3131T T e e diag λλ (A-7) 或者, [] ***ψψψψψψ=ψN N ~,,~,~,~,,~,~~2121 ? ?????=)()()(3t n t n t N (A-8) 同样的,可以很容易地得出以下公式: )()(~),(~)(113131t N t p e e diag T t u T T +??ψ=+λλ (A-9) 看公式5,假设复指数是线性独立的,我们可以得到: )(~)(~)(~11t N t u t p ?ψ-?ψ=-- (A-10) 将公式10代到9中,我么和可以得到: )()(~),(~)(~),(~)(111131313131t N t N e e diag t u e e diag T t u T T T T +?ψ??ψ-?ψ??ψ=+-??-??**λλλλ

土的抗剪强度 试题及答案

第5章土的抗剪强度试题及答案 一、简答题 1. 土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数,也就是土的强度指标,为什么 2. 同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的,为什么 3. 何谓土的极限平衡条件粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同 4. 为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角 5. 试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同并指出直剪试验土样的大主应力方向。 6. 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。 7. 根据孔隙压力系数A、B的物理意义,说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。 8. 同钢材、混凝土等建筑材料相比,土的抗剪强度有何特点同一种土其强度值是否为一个定值为什么 9. 影响土的抗剪强度的因素有哪些 10. 土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面二者何时一致 11. 如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度,工程上如何选用 12. 砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同同一土样的抗剪强度是不是一个定值为什么 13. 土的抗剪强度指标是什么通常通过哪些室内试验、原位测试测定 14. 三轴压缩试验按排水条件的不同,可分为哪几种试验方法工程应用时,如何根据地基土排水条件的不同,选择土的抗剪强度指标 15. 简述直剪仪的优缺点。【三峡大学2006年研究生入学考试试题】 二、填空题 1. 土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的___ _ ____。 2. 无粘性土的抗剪强度来源于____ _______。 3.粘性土处于应力极限平衡状态时,剪裂面与最大主应力作用面的夹角为 。 4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式 ,有效应力的表达式 。 5.粘性土抗剪强度指标包括、。 6. 一种土的含水量越大,其内摩擦角越。

几种阻尼比识别的方法

几种参数识别的方法 B .基于多输出时域识别方法 B1 随机衰减 随机衰减方法是一种非常典型的当输入未知识别模态参数方法。由于识别结果,这种方法实际上是一种无参数识别方法,即随机衰减符号差,是对特定的初始条件的自由衰减响应。得到的随机衰减图形可以用来识别系统模态参数。去相关是这一方法的基本理论,一个简单的导数如下: 对于一个单输入单输出的线性系统,任何力输入的系统响应可以这么解释 ??-+?+?=t d f t h t V x t D x t x 0 )()()()0()()0()(τττ (B-1) 其中D(t)是对单位初始位移的响应,V (t )是对单位初始电压的响应,h (t )是脉冲响 应,f (t )是外部输入的力,假设外部输入力f (t )是一个定常的零均值的随机过程,可以证实x (t )也是一个定常的零均值过程,也证明了x (t )的初始条件为0,考虑到系统响应x(t-t i )中的x(t i )要满足以下条件: +-≤≤A t x A i )( (B-2) 由于系统假设是线性的,整个系统的响应包含了3部分: 1. x(t i )的系统响应 2. )(i t x 的系统响应 3.f (t )的系统响应,其中f (t )假设是随机的并且是定常的,即: ??-+-?+-?=-t t i i i i i i d f t h t t V t x t t D t x t t x τττ)()()()()()()( (B-3) 假设X 是x(t-t i )的随机过程,F 是f(t-t i )的随机过程, x (t )的平均值为: [][] τ ττd F E t h A x A x E A x A x E t X E t ??-+≤≤+≤≤=?+-+-0)]([)()0(|)0()0(|)0()]([ (B-4) 由于x (t )是一个平均值为0的定常随机过程,)(i t x 也是一个平均值为0的定常随机系统并且与x (t )是独立的,因此: 0]|)0([)]0([=≤≤=+-A x A x E x E (B-5) 假设 -+-≥≤≤=A A t x A x E A ])(|)0([ (B-6) 且 τττd F E t h t b t ??-=?0 )]([)()( (B-7) X (t )的期望值为: )()()]([t b t D A t x E +?= (B-8) 如果f (t )是零均值、定常、白噪声随机过程,它与x (t )是相互独立的,因此输入的

非饱和黄土的结构强度与抗剪强度_党进谦

2001年7月 水 利 学 报 SHUILI XUE BAO 第7期 收稿日期:2000-05-23 基金项目:陕西省自然科学基金资助项目、原西北农业大学青年教师专项基金.作者简介:党进谦(1964-),男,硕士、副教授,主要从事土力学方面的教学及研究. 文章编号:0559-9350(2001)07-0079-05 非饱和黄土的结构强度与抗剪强度 1 党进谦1 ,李 靖 1 (1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100) 摘 要:本文分析了非饱和黄土强度的组成和结构强度的来源,给出了结构强度的确定方法,研究了结构强度的变化规律,结果表明:非饱和黄土的结构强度可用其天然结构破坏后所丧失的强度衡量,结构强度与初始含水量间具有幂函数关系;结构强度与不稳定凝聚力具有良好的线性关系;提出了非饱和黄土结构强度终止含水量的概念;给出了非饱和黄土抗剪强度的计算公式.关键词:非饱和黄土;结构强度;抗剪强度;含水量中图分类号:TU411.7 文献标识码:A 非饱和黄土的结构强度是在黄土结构形成过程中产生的.在干旱半干旱条件下,非饱和黄土形成了以粗粉粒为主体骨架的架空结构 [1] ,粗粉粒接触点处的胶结物质形成了较强的联结强度,使黄土在 低含水量下表现出较高的强度,但当含水量增大时,其强度迅速降低,可见非饱和黄土的结构特性对其工程性质起着决定作用.结构性的存在使非饱和黄土表现出一定的超固结特性,其抗剪强度规律不符合正常的库伦公式 [2] ;结构特性是黄土发生湿陷的主要因素,黄土的湿陷变形能否发生,完全取决 于结构强度能否丧失及丧失程度[3] ;结构强度破坏前,原状黄土的压缩性很小,结构强度破坏后,压 缩性显著增大[4] .本文从非饱和黄土强度的组成入手,通过试验研究,寻求非饱和黄土结构强度的变化规律,探讨非饱和黄土的结构强度在抗剪强度中的应用. 1 非饱和黄土的结构强度 1.1 强度的组成 非饱和黄土的强度主要由摩擦强度和凝聚强度两部分组成,摩擦强度是土体抗剪强度的重要组成部分,由土颗粒接触面或颗粒与胶结物质接触面上的摩擦产生,大小为土所受的外加有效正应力与内摩擦系数的乘积,反映指标为土的内摩擦角.文献[5]指出一般粘性土的内摩擦角取决于土的矿物成分,与塑性指数有良好的统计关系,当土生成后,在密度不变时,内摩擦角主要随含水量发生变化,变化范围较小,一般不超过±2°.可见黄土生成后,只要密度不发生变化,用同一试验方法测定的内摩擦角比较稳定,一般可用试验测得的平均内摩擦角表示. 凝聚强度是非饱和黄土抗剪强度、结构强度、抗拉强度的主要组成部分,包括:①由水膜的物理化学作用、粘土矿物颗粒的粘结和颗粒间的分子引力形成的原始凝聚力;②黄土在生成过程中,聚集在粗颗粒接触点处的胶体颗粒、腐殖质胶体和可溶盐等胶结物质形成的加固凝聚力;③非饱和土的基质吸力和毛细压力形成的强度,该强度与外力无关,在常规剪切试验中,表现出与一般凝聚力相似的性状,应属凝聚强度的一部分,称为吸附凝聚力.非饱和黄土的加固凝聚力与吸附凝聚力均随土体含水量的增大而减小,直至土体接近饱和时完全消失,是不稳定不可靠的. DOI :10.13243/j .cn ki .slxb .2001.07.014

地基土抗剪强度指标Cφ值的确定

地基土抗剪强度指标C、φ值的确定 1. 抗剪强度的物理意义及基本理论 土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩察力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生粘聚力共同组成。 在法向应力不大时,抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线,这就是抗剪强度的库仑定律。 S=c+σtanφ 2. 抗剪强度的试验方法 室内剪切试验 包括直接剪切试验和三轴剪切试验,主要适用于粘性土和粉土,砂土可按要求的密度制备土样。 除土工试验以外其他确定抗剪强度C、Φ值的方法 2.2.1 根据原位测试数据确定抗剪强度C、Φ值的经验方法 (1) 动力触探 沈阳地区《建筑地基基础技术规范》(DB21-907-96)资料(深度范围不大于15m) 砂土、碎石土内摩察角标准值Φ k

(2) 标准贯入试验 国外砂土N与Φ的关系经验关系式主要有Dunhan、大崎、Peck、Meyerhof等研究的经验公式,见《工程地质手册》(第四版)P193。经试算(详见国外砂土标贯击数N与内摩 计算时,对于粉、细砂采察角Φ的关系(按公式计算))采用Φ值进行承载力特征值f ak 用Φ=(12N)+15,对于中、粗、砾砂采用Φ=+27计算出的数值实际能较为吻合(N为经杆长修正后的标贯击数)。根据计算成果,N与Φ的对应关系见下表: N与内摩察角Φ(度)的经验关系表

(3) 静力触探试验 《工程地质手册》(第四版)P210,砂土的内摩察角可根据静力触探参照下表取值。 砂土的内摩察角Φ 2.4.2 根据现场剪切试验确定抗剪强度C、Φ值 该方法成本较高,一般很少采用,主要用于场地稳定性评价,见《工程地质手册》(第四版)P234。粗粒混合土的抗剪强度C、Φ值通过现场剪切试验确定。 3. 岩土体抗剪强度指标的经验数据 土的抗剪强度指标经验数据 (1) 砂土的内摩察角与矿物成分和粒径的关系

阻尼比的概念

阻尼就是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。 阻尼比在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念,指阻尼系数与临界阻尼系数之比,表达结构体标准化的阻尼大小。 阻尼比是无单位量纲,表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1,等于0, 大于1,0~1之间4种,阻尼比=0即不考虑阻尼系统,结构常见的阻尼比都在0~1之间. ζ <1的单自由度系统自由振动下的位移 u(t) = exp(-ζwn t)*A cos (wd t - Φ ), 其中wn 是结构的固有频率,wd = sqrt(1-ζ^2) ,Φ为相位移.Φ和常数A由初始条件决定. 阻尼比的来源及阻尼比影响因素 主要针对土木、机械、航天等领域的阻尼比定义来讲解。阻尼比用于表达结构阻尼的大小,是结构的动力特性之一,是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语,引起结构能量耗散的因素(或称之为影响结构阻尼比的因素)很多,主要有[1](1)材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。(2)周围介质对振动的阻尼。(3)节点、支座联接处的阻尼(4)通过支座基础散失一部分能量。 阻尼比的计算 对于小阻尼情况[2]: 1) 阻尼比可以用定义来计算,及ksai=C/C0; 2) ksai=C/(2*m*w) % w为结构圆频率 3) ksai=ita/2 % ita 为材料损耗系数 4) ksai=1/2/Qmax % Qmax 为共振点放大比,无量纲 5) ksai=delta/2/pi % delta是对数衰减率,无量纲 6) ksai=Ed/W/2/pi % 损耗能与机械能之比再除以2pi 阻尼比的取值 对结构基本处于弹性状态的的情况,各国都根据本国的实测数据并参考别国的资料,按结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各国情况,钢结构的阻尼比一般在0.01-0.02之间(虾肝蚁胆:单层钢结构厂房可取0.05),钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03-0.08之间。以上的典型阻尼比的值即为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中,采用的阻尼比的值。该阻尼比即为各阶振型的阻尼比的值。

题目3:阻尼比确定

题目3:阻尼比确定 1. 阻尼 阻尼是指任何振动系统在振动中,由于外界作用和系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性,以及此一特性的量化表征。在物理学和工程学上,阻尼的力学模型一般是一个与振动速度大小成正比,与振动速度方向相反的力,该模型称为粘性阻尼模型,是工程中应用最广泛的阻尼模型。粘性阻尼模型能较好地模拟空气、水等流体对振动的阻碍作用。 粘性阻尼可表示为以下式子: 式中 为阻尼力( ), 表示振子的运动速度( ), 是表征阻尼大小的常数,称为阻尼系数( )。 理想的弹簧阻尼器振子系统如下图所示。 分析其受力分别有: 弹性力(k 为弹簧的劲度系数,x 为振子偏离平衡位置的位移): F s = ? kx 阻尼力(c 为阻尼系数,v 为振子速度): 2. 阻尼比 假设振子不再受到其他外力的作用,于是可利用牛顿第二定律写出系统的振动方程: 其中a 为加速度。 上面得到的系统振动方程可写成如下形式,问题归结为求解位移x 关于时间t 函数的二阶常微分方程: 将方程改写成下面的形式: 然后为求解以上的方程,定义两个新参量: 上面定义的第一个参量n ω,称为系统的(无阻尼状态下的)固有频率。第二个参量ζ,称 cv F -=m N ?m/s s/m N ?F v c

为阻尼比。根据定义,固有频率具有角速度的量纲,而阻尼比为无量纲参量。阻尼比也定义为实际的粘性阻尼系数c 与临界阻尼系数r c 之比。ζ= 1时,此时的阻尼系数称为临界阻尼系数r c 。 3. 阻尼比计算公式 由上述分析可知,微分方程化为: 根据经验,假设方程解的形式为 其中参数γ一般为复数。 将假设解的形式代入振动微分方程,得到关于γ的特征方程: 解得γ为: 当0 <ζ< 1时,运动方程的解可写成: 其中 D D D T ωπ ξωω212 = -=, 经过一个周期D T 后,相邻两个振幅1+i i A A 和的比值为 D D i i T T t t i i e Ae Ae A A ξωξωξω==+--+) (1 由此可得 D i i T A A ωπ ξωξω2ln 1==+ 如果2.0<ξ,则 1≈ω ωD ,而 1 ln 21 +≈ i i A A πξ 同样,用n i i A A +和表是两个相隔n 个周期的振幅,可得

饱和黄土的液化特性与稳态强度

第23卷 第22期 岩石力学与工程学报 23(22):3853~3860 2004年11月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov .,2004 2003年6月2日收到初稿,2003年7月8日收到修改稿。 * 科技部社会公益研究专项基金(2000-35)资助项目。 作者 杨振茂 简介:男,30岁,博士,1997年中国矿业大学采矿工程专业,现任工程师,主要从事岩土力学与工程方面的研究工作。 饱和黄土的液化特性与稳态强度 * 杨振茂 1,2 赵成刚1 王兰民3 饶为国4 (1北京交通大学土木建筑工程学院 北京 100044) (2郑州市规划勘测设计研究院 郑州 450052) (3甘肃省地震局 兰州 730000) (4郑州市公路管理局 郑州 450052) 摘要 通过应力控制固结不排水三轴试验,研究了饱和黄土的稳态强度特性及超固结对其不排水性状的影响。对比分析了黄土与砂土静力液化特性之间的异同。提出了饱和黄土流滑破坏的产生条件和利用稳态强度判断饱和黄土能否产生液化流滑的方法。 关键词 土力学,黄土液化,流滑,稳态强度,静力液化,饱和,超固结 分类号 TU 444 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2004)22-3853-08 LIQUEFACTION BEHA VIORS AND STEADY STATE STRENGTH OF SATURATED LOESS Yang Zhenmao 1,2,Zhao Chenggang 1,Wang Lanmin 3,Rao Weiguo 4 (1College of Civil Engineering , Beijing Jiaotong University , Beijing 100044 China ) (2Zhengzhou Urban Planning Design and Survey Research Institute , Zhengzhou 450052 China ) (3Gansu Province Seismological Bureau , Lanzhou 730000 China ) (4Zhengzhou Highway Managing Bureau , Zhengzhou 450052 China ) Abstract Steady state strength and undrained behavior of saturated loess are studied under stress-controlled undrained triaxial consolidation experiments. Static liquefaction behaviors of loess and sand are compared. Occurrence conditions of liquefaction for loess and the judgment method of flow slide of saturated loess by steady state strength are presented. Key words soil mechanics ,loess liquefaction ,flow slide ,steady state strength ,static liquefaction ,saturation ,overconsolidation 1 引 言 我国很多黄土地区处于高烈度地震区,在这些地区,地震作用所引起的滑坡和震陷作为黄土地区的两大灾害已为人们所公认。近期对地震实例的调查和室内初步试验研究表明,饱和黄土甚至高含水量黄土也具有很高的液化势和流态破坏势。当土层中的含水量较高时,在一定强度的地震作用下会产 生液化或流滑,引起建筑物地基的失稳和斜坡丘陵地带的泥石流。因此液化成为黄土地区重要的地震灾害之一[1 ~8] 。 评价未来地震中饱和黄土液化的可能性是一个重要而复杂的问题。多年来,对于液化的评价,实验室和现场研究大多数采用美国加州大学伯克利分校Seed 和Idriss 等人提出的初始液化方法。这种方法致力于研究由循环剪应力作用引起的孔隙水压力增长,通过与工程实际建立起相关关系,来预测超

二阶系统阻尼比公式

二阶系统: 凡用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。许多高阶系统在一定的条件下,常常近似地作为二阶系统来研究。 二阶系统控制系统按数学模型分类时的一种形式.是用数学模型可表示为二阶线性常微分方程的系统.二阶系统的解的形式,可由对应传递函数W(s)的分母多项式P(s)来判别和划分.P(s)的一般形式为变换算子s的二次三项代数式,经标准化后可记为 代数方程P(s)=0的根,可能出现四种情况: 1.两个实根的情况,对应于两个串联的一阶系统.如果两个根都是负值,就为非周期性收敛的稳定情况. 2.当a1=0,a2>0,即一对共轭虚根的情况,将引起频率固定的等幅振荡,是系统不稳定的一种表现. 3.当a1<0,a1-4a2<0,即共轭复根有正实部的情况,对应于系统中发生发散型的振荡,也是不稳定的一种表现. 4.当a1>0,a1-4a2<0,即共轭复根有负实部的情况,对应于收敛型振荡,且实部和虚部的数值比例对输出过程有很大的影响.一般以阻尼系数ζ来表征,常取 在0.4~0.8之间为宜.当ζ>0.8后,振荡的作用就不显著,输出的速度也比较慢.而ζ<0.4时,输出量就带有明显的振荡和较大的超调量,衰减也较慢,这也是控制系统中所不希望的. 阻尼比:

阻尼就是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念,指阻尼系数与临界阻尼系数之比,表达结构体标准化的阻尼大小。 阻尼比是无单位量纲,表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1,等于0, 大于1,0~1之间4种,阻尼比=0即不考虑阻尼系统,结构常见的阻尼比都在0~1之间。 ζ<1的单自由度系统自由振动下的位移u(t) = exp(-ζ wn t)*A cos (wd t - Φ ), 其中wn 是结构的固有频率,wd = wn*sqrt(1-ζ^2) ,Φ为相位移.Φ和常数A由初始条件决定。 影响因素: 主要针对土木、机械、航天等领域的阻尼比定义来讲解。阻尼比用于表达结构阻尼的大小,是结构的动力特性之一,是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语,引起结构能量耗散的因素(或称之为影响结构阻尼比的因素)很多,主要有(1)材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。(2)周围介质对振动的阻尼。(3)节点、支座联接处的阻尼(4)通过支座基础散失一部分能量。(5)结构的工艺性对振动的阻尼。

阻尼比的计算

说明:在下面的数据处理中,如1 A,11d T,1δ,1ξ,1n T,1nω:表示第一次实 1 验中第一、幅值、对应幅值时间、变化率、阻尼比、无阻尼固有频率。第二 次和和三次就是把对应的1改成2或3.由于在编缉公式时不注意2,3与平方,三次方会引起误会,请老师见谅!! Ap0308104 陈建帆2006-7-1 实验题目:悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试 一、实验要求以下: 1. 用振动测试的方法,识别一阻尼结构的(悬臂梁)一阶固有频率和阻尼系数; 2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态; 3. 选择传感器,设计测试方案和数据处理方案,测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼 根据测试曲线,读取数据,识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。 二、实验内容 识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。 三、测试原理概述: 1,瞬态信号可以用三种方式产生,有脉冲激振,阶跃激振,快速正弦扫描激振。 2,脉冲激励用脉冲锤敲击试件,产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ,τ越小则频率范围越大。 3.幅值:幅值是振动强度的标志,它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率:不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小,可以看到共振时的频率,也就可以得到悬臂梁的固有频率 4、阻尼比的测定 自由衰减法: 在结构被激起自由振动时,由于存在阻尼,其振幅呈指数衰减波形,可算出阻尼比。一阶固有频率和阻尼比的理论计算如下:

11 3 3 44 4 2 3.515(1) 2=210 ;70;4;285;7800 ; ,12 12 ,, Ix = 11.43 c m Iy= 0.04 c m 0.004 2.810,,1x y y f k g E p a b m m h m m L m m m a b a b I I I m m E L π ρρ-----------?===== = ?=?固x y = 式惯性矩:把数据代入I 后求得 载面积:S =b h =0.07m 把S 和I 及等数据代入()式, 求得本41.65() H Z 固理悬臂梁理论固有频率f = 阻尼比计算如下: 2 2 2 1 111 220, 2,........ln , ,22;n d n n n d n d n T i i i j j i i i i j i i i j i n d i j n d n d d d d x d x c k x d t d t c e A A A A A T A T T ξωξωωξωωωξωωηη δξωωωωωπδπξ++ -++ +++ + ++=++===≈== ? ?? ==≈2 二阶系统的特征方程为S 微分方程:m 当很少时,可以把。A 减幅系数=而A A A A A 1则:= j 又因为所以==,所以=即可知δξπ = 2 在这个实验中,我们使用的是自由衰减法,以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。

陕北黄土强度特性试验研究及边坡稳定性分析

陕北黄土边坡稳定性分析 摘要:随着国民经济的发展及西部大开发的推进,越来越多的工程项目在黄土地区进行,黄土边坡经常会遇到崩塌、滑坡等失稳破坏问题,影响工程施工的顺利进行或道路的正常使用。本文以陕北地区非饱和黄土为研究对象,对陕北黄土含水量与湿陷性和抗剪强度关系的进行试验研究,并理论分析了含水量对边坡稳定性的影响理论分析,得出水是引起陕北地区黄土边坡失稳破坏的主要原因。这对陕北黄土边坡稳定性的研究具有一定的指导意义。 关键词:非饱和黄土,含水量,抗剪强度,黄土边坡,稳定。 Abstract:With the development of the national economy and the promotion of the development in the western region, more and more projects are being carried out in the Loess’s region. There is collapse, landslides and other instability and damage problems of the slope, affect the smooth progress of construction or the use of engineering building.In this paper, unsaturated loess as the object of study, carried out the shear strength’s tests of three groups of loess-sample in different content of water, gained intensity curve of loess-sample which is in different content of water and analysis of water content’s affection on the strength of loess. The stress characteristics of loess in northern Shaanxi was anasysed. Above all, the slope’s stability in northern Shaanxi Loess was studied. Key words: U nsaturated loess, Water content, Shear strength, Loess’s slope, Stability. 随着我国经济建设的飞速发展,西北黄土地区成为我国能源开发、工程建设的重点区域,而在黄土地区修建公路时,不可避免会出现很多路堑边坡,特别是近年来,随着西部经济开发政策的落实,在陕北黄土地区高等级公路建设中遇到了大量坡高大于30m的路堑高边坡情况,并出现不少坡体滑动失稳的事故。聚调查,天然边坡和铁路、公路、露天矿等的开挖边坡的失稳多发生在雨季,特别是在暴雨之后,往往出现大量的滑坡、崩塌等边坡失稳现象,损失极为惨重。 究其原因,主要是由于水的作用使原本含水量较低、未饱和黄土的中孔隙和部分小孔隙连通性,透水性增强,强度特别是抗剪强度明显降低,坡体在上部静荷载、土体自重等作用下发生失稳破坏。 1天然含水量与湿陷性关系分析 黄土粒间的凝聚力随含水量的增加而 减小,含水量越大,凝聚力越小,因而,粘 性土随含水量的变化显不同的物理状态。陕 北黄土天然含水量一般较低,但由于下雨等 原因使黄土含水量增加,自重增大,黄土在 压力作用下,产生下沉现象,即出现湿陷性。 通过查阅相关文献资料[8] [15],结合陕北 地区黄土的含水量试验及固结试验,对含水 量增加时湿陷性黄土的变形特性进行了研 究。我们发现当上覆压力超过某一压力后, 陕北黄土的变形δ与含水量ω的关系曲线 呈现了三个阶段当含水量较小时,δ-ω关 系曲线发展平缓,当含水量超过某一值(含水量>18%)后,曲线进入一个陡升段,变形δ随含水量的增大迅速加大,含水量继续增加到一定程度(含水量>25%)后,陡升段结束,曲线

土的抗剪强度

第七章土的抗剪强度 一、单项选择题 1. 土体的破坏从本质上讲是由于。 (A) 压坏(B) 拉坏(C) 剪坏 2. 一个饱和粘性土试样,在三轴仪内进行常规固结不排水试验,在恒侧压力下增加竖向应力至破坏, 若土的孔压参数A=1,试问试验过程中有效应力路线ESP线为。 3. 有三种塑性指数不同的土样(Ⅰ)I P>17,(Ⅱ)I P=10,(Ⅲ)I P<7,试问哪一种土的内摩擦角?最大?B (A) (Ⅰ)(B) (Ⅲ)(C) (Ⅱ) 4. 松砂或软土,在剪切破坏时,其体积。C (A) 不会变化(B) 膨胀(C) 缩小 5. 直剪试验土样的破坏面在上下剪切盒之间,三轴试验土样的破坏面。B (A) 与试样顶面夹角呈45?面(B) 与试样顶面夹角呈45?+φ/2面 (C) 与试样顶面夹角呈45?-φ/2面 6. 有一个饱和粘土试样,在室压σ3=70kPa应力下固结,然后在不排水条件下增加轴力(σ1-σ3)至50kPa 时土样发生破坏。若土样的孔隙水压力参数B=1,A=0,试问破坏时的有效大主应力σ1'为。 C (A) 50 kPa (B) 70 kPa (C) 120 kPa 7. 一个饱和粘性土试样,进行三轴固结不排水试验,并测出孔隙水压力,可以得到一个总应力圆和有 效应力圆,则。C (A) 总应力圆大(B) 有效应力圆大(C) 两个应力圆一样大 8. 一个饱和的粘性土试样,在三轴仪内进行不固结不排水试验。试问土样的破坏面。A (A) 与水平面呈45?(B) 与水平面呈60?(C) 与水平面呈75? 9. 饱和的粘性土,在同一竖向荷载p作用下进行快剪、固结快剪和慢剪,试验方法所得的 强度最大。C

最新建筑结构阻尼比

1 建筑结构阻尼比 2 一、阻尼比用于表达结构阻尼的大小,是结构的动力特性之一,是描述结构3 在振动过程中某种能量耗散的术语,引起结构能量耗散的因素(或称之为影响4 结构阻尼比的因素)很多,主要有:(1)材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。5 (2)周围介质对振动的阻尼。 6 (3)节点、支座联接处的阻尼 7 (4)通过支座基础散失一部分能量。 8 结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各9 国情况,钢结构的阻尼比一般在0.01-0.02之间(单层钢结构厂房可取0.05),10 钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03-0.08之间。以上的典型阻尼比的值即11 为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中,采用的阻尼比的值。在等效秥滞模态阻12 尼中,混凝土结构刚性较大,而且破坏过程(钢筋屈服和混凝土破碎)中也能13 够吸收大量能量;钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量,较混凝土而14 言脆断的可能性低得多,变形量也较大,一般认为10层以下的钢结构建筑物基15 本不会发生倒塌事故。综上可以看出,钢结构体系变形大,破环程度小是其优16 势,钢结构抗震方面的优势更多是从材料较轻,承载力高,地震过程中弹塑性17 变形较大,基本不会发生断裂,构造措施(如柱间支撑)等方面表现出来的。 18 19 二、现行设计规范关于结构阻尼比的取值内容: 20 GB50011-2010建筑抗震设计规范规定: 21 第5.1.5条:建筑结构地震影响系数曲线(图5.1.5)的阻尼调整和形状22 参数应符合下列要求:

23 1 除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取0.05,……。 24 25 其中专门规定有: 26 8 多层和高层钢结构房屋中8.2 计算要点中第8.2.2条钢结构抗震计算27 的阻尼比宜符合下列规定: 28 1 多遇地震下的计算,高度不大于50m时可取0.04;高度大于50m且小于200m 29 时,可取0.03;高度不小于200m时,宜取0.02。 30 2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%31 时,其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。 32 3 在罕遇地震下的弹塑性分析,阻尼比可取0.05。 33 9 单层工业厂房中9.2 单层钢结构厂房中第9.2.5条····单层厂房的阻34 尼比,可依据屋盖和围护墙的类型,取0.045~0.05。 35 其中条文说明:9.2.5 通常设计时,单层钢结构厂房的阻尼比与混凝土柱36 厂房相同。本次修订,考虑到轻型围护的单层钢结构厂房,在弹性状态工作的37 阻尼比较小,根据单层、多层到高层钢结构房屋的阻尼比由大到小变化的规律,38 建议阻尼比按屋盖和围护墙的类型区别对待。 39 10 空旷房屋和大跨屋盖建筑中第10.2.8 屋盖钢结构和下部支承结构协同40 分析时,阻尼比应符合下列规定: 41 1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时,阻尼比可取0.02。 42 2 当下部支承结构为混凝土结构时,阻尼比可取0.025~0.035。 43 其中条文说明:本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。

相关文档