不同應(yīng)變條件下橡膠顆粒?砂混合土動(dòng)模量和阻尼比的聯(lián)合試驗(yàn)研究

劉啟菲 莊海洋 吳琪

摘要： 針對(duì)共振柱和動(dòng)三軸兩種不同儀器設(shè)備的試驗(yàn)性能和已有相關(guān)研究存在的問(wèn)題，采用共振柱和循環(huán)三軸聯(lián)合試驗(yàn)，研究了廢棄輪胎粉碎橡膠顆粒?砂混合土在寬剪應(yīng)變范圍內(nèi)動(dòng)模量和阻尼比的動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明：共振柱試驗(yàn)得到的初始動(dòng)模量明顯比動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果要大，動(dòng)三軸試驗(yàn)得到的初始動(dòng)剪切模量對(duì)應(yīng)的應(yīng)變幅值較大引起測(cè)得的初始剪切模量偏小。采用共振柱獲得的初始剪切模量來(lái)計(jì)算聯(lián)合試驗(yàn)測(cè)得的寬應(yīng)變范圍內(nèi)動(dòng)模量比和阻尼比較為合理。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)剪應(yīng)變幅值較小時(shí)，橡膠顆粒含量越高，混合土的阻尼比越大，主要由橡膠顆粒初始材料阻尼較大引起;當(dāng)剪應(yīng)變幅值較大且超過(guò)某臨界值后，橡膠顆粒材料阻尼比隨橡膠含量增加而減小，主要由混合料的應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系曲線對(duì)應(yīng)的滯回阻尼越小引起。

關(guān)鍵詞： 橡膠顆粒?砂混合土; 共振柱試驗(yàn); 動(dòng)三軸試驗(yàn); 動(dòng)剪切模量; 阻尼比

引 ?言

中國(guó)每年大量的輪胎消費(fèi)導(dǎo)致產(chǎn)生的廢棄輪胎不斷囤積，對(duì)其處理不當(dāng)將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，如何對(duì)其進(jìn)行合理的回收再利用已經(jīng)成為亟待解決的社會(huì)問(wèn)題。將廢棄輪胎回收粉碎后得到的橡膠顆粒具有密度輕、壓縮性強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，將其與回填土混合，可以顯著改善土體的物理力學(xué)性能，同時(shí)起到隔震減振的作用[1]。因此，開(kāi)展橡膠顆粒?砂混合土的力學(xué)特性和工程應(yīng)用研究，可以很好地解決目前廢棄輪胎再利用的社會(huì)問(wèn)題，并降低工程建造成本，是實(shí)現(xiàn)土木工程綠色可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。

對(duì)于橡膠顆粒?砂混合土的力學(xué)特性，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了一定數(shù)量的研究。例如，Tatlisoz等[2]研究了廢棄輪胎橡膠顆粒與粗、細(xì)粒土混合物的抗剪強(qiáng)度、泊松比、壓縮系數(shù)等;Nakhaee等[3]通過(guò)對(duì)橡膠顆?；旌贤吝M(jìn)行一系列的循環(huán)三軸試驗(yàn)研究了橡膠含量和圍壓對(duì)動(dòng)剪切模量的影響，基于雙曲線模型提出了最大剪切模量、歸一化剪切模量與圍壓和配合比的函數(shù)關(guān)系;Anastasiadis等[4]通過(guò)共振柱試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒混合土具有低剪切模量和高阻尼比的特點(diǎn)，給出了在小應(yīng)變范圍內(nèi)剪切模量和阻尼比的估算公式;Kostas Senetakis等[5]對(duì)質(zhì)量比為0?35%的橡膠?砂和橡膠?礫石干燥混合土進(jìn)行共振柱試驗(yàn)，指出圍壓、橡膠含量和粒度特征是影響混合土動(dòng)力學(xué)性能的主要因素;劉方成等[6]通過(guò)循環(huán)單剪試驗(yàn)得出了不同豎向固結(jié)壓力下不同配合比橡膠砂的動(dòng)剪切模量和阻尼比變化規(guī)律，并指出試驗(yàn)方法對(duì)橡膠顆粒?砂混合土動(dòng)力學(xué)特性的影響不大。

總結(jié)已有科研成果，人們對(duì)橡膠顆?；旌贤羷?dòng)力特性的試驗(yàn)研究主要集中在小應(yīng)變范圍，但地震時(shí)土體的剪應(yīng)變范圍約在5×10-6?5×10-3之間，尤其是土體處于破壞狀態(tài)前，其剪應(yīng)變甚至超過(guò)10-2，明顯處于中等變形和大變形階段[7]。目前，測(cè)試土體動(dòng)力學(xué)特性所用的共振柱主要測(cè)試應(yīng)變范圍為1×10-6?5×10-4，很難準(zhǔn)確測(cè)試大應(yīng)變范圍內(nèi)土體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，一般通過(guò)小應(yīng)變范圍的測(cè)試結(jié)果經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)得到大應(yīng)變范圍的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。然而，常用的動(dòng)三軸試驗(yàn)儀主要測(cè)試應(yīng)變范圍為1×10-3?5×10-2，對(duì)小應(yīng)變范圍土體動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果精度不高。因此，本文采用共振柱和動(dòng)三軸兩種不同應(yīng)變測(cè)試能力的儀器，開(kāi)展了橡膠顆粒?砂混合土動(dòng)力學(xué)特性的聯(lián)合試驗(yàn)研究，得到不同橡膠含量的混合土在寬應(yīng)變范圍內(nèi)動(dòng)剪切模量比G/Gmax和阻尼比λ與剪應(yīng)變幅值γa的關(guān)系曲線變化規(guī)律，初步解釋了相關(guān)的試驗(yàn)現(xiàn)象，并給出了橡膠顆粒?砂混合土相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的建議值。

1 試驗(yàn)儀器及方案

1.1 試驗(yàn)儀器與測(cè)試原理

本次橡膠顆粒混合土的動(dòng)力特性測(cè)試通過(guò)共振柱試驗(yàn)與動(dòng)三軸試驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行。共振柱采用美國(guó)GCTS公司研制的TSH?100高精度固定?自由型共振柱測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)組成部分包括：（1）壓力控制面板及壓力控制倉(cāng);（2）試樣測(cè)試平臺(tái);（3）數(shù)字伺服控制器及采集系統(tǒng);（4）計(jì)算機(jī)。如圖1（a）所示。試驗(yàn)中對(duì)試樣頂部施加扭矩進(jìn)行激振，待土樣達(dá)到共振頻率后停止加載，土樣由共振轉(zhuǎn)為自振，通過(guò)傳感器精確測(cè)量試樣的剪切應(yīng)變，利用共振頻率測(cè)得動(dòng)剪切模量，利用土樣自由振動(dòng)的衰減得到阻尼比。

動(dòng)三軸試驗(yàn)采用英國(guó)GDS伺服電機(jī)控制的動(dòng)三軸測(cè)試系統(tǒng)（DYNTTS），如圖1（b）所示，由兩臺(tái)液壓控制器分別對(duì)壓力室中的水壓力（圍壓）和試樣反壓進(jìn)行量測(cè)和控制，最大可達(dá)1 MPa?？瑟?dú)立控制軸向力，進(jìn)行靜/動(dòng)態(tài)加載，可施加最大10 kN、頻率為2 Hz的動(dòng)態(tài)荷載。通過(guò)底座的升降對(duì)試樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，并通過(guò)位于試樣頂部的軸向力傳感器和位于試樣底部的軸向位移傳感器測(cè)量記錄試樣在大應(yīng)變（1×10-3?5×10-2）范圍的動(dòng)力特性。

1.2 試驗(yàn)材料與試樣制備

本文試驗(yàn)采用的砂為福建標(biāo)準(zhǔn)砂，顆粒粒徑在0.075?0.25 mm之間。橡膠顆粒從專(zhuān)業(yè)分解廢舊橡膠輪胎的廠家購(gòu)買(mǎi)，試驗(yàn)中使用橡膠顆粒的粒徑dru為2?3 mm，平均粒徑D50=2.528 mm，不均勻系數(shù)Cu=1.26，橡膠?砂混合土的物理狀態(tài)如圖2所示。橡膠顆粒和砂的級(jí)配曲線如圖3所示。

共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)的試樣均為高100 mm、直徑50 mm的實(shí)心圓柱樣。共振柱試驗(yàn)的試樣采用凍結(jié)制樣法[8]，將橡膠顆粒和細(xì)砂分成四等份，分別加水拌勻（如圖2所示），將土樣分層裝入飽和器后放入飽和缸內(nèi)飽和30 min?？紤]到橡膠混合土在相對(duì)密實(shí)度較小時(shí)試樣難以成型，為保證試樣的均勻性及形狀的規(guī)整性，故飽和后凍結(jié)進(jìn)行裝樣，將底座和承膜筒放入-20 ℃冷凍室凍結(jié)3 h。隨后迅速將凍樣裝上儀器并加上相應(yīng)固結(jié)圍壓統(tǒng)一固結(jié)6 h，確保試樣完全融化，且樣高、體積不再發(fā)生變化，即完成固結(jié)過(guò)程。動(dòng)三軸試驗(yàn)按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123?2019）[9]要求采用濕擊法制樣，共分4層，每層所需橡膠顆粒和福建砂的質(zhì)量按級(jí)配單獨(dú)配制，控制5%的初始成樣含水率，并對(duì)試樣進(jìn)行反壓飽和固結(jié)。

1.3 試驗(yàn)方案與試驗(yàn)加載

根據(jù)本次試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和相關(guān)試驗(yàn)要求，橡膠含量XC按質(zhì)量比分別取0，10%，20%，30%，40%，50%，70%，100%，控制試樣相對(duì)密實(shí)度Dr=50%，將飽和后的試樣進(jìn)行等向固結(jié)，初始有效圍壓=100 kPa。表1列出了橡膠與砂混合土的基本物理力學(xué)參數(shù)和具體試驗(yàn)方案。動(dòng)三軸加載采用應(yīng)變控制，應(yīng)變由小到大分20級(jí)控制，各級(jí)應(yīng)變加載5個(gè)循環(huán)，李瑞山等[10]的研究結(jié)果表明，在一般地震動(dòng)的卓越頻率范圍內(nèi)，砂土動(dòng)力特性受振動(dòng)頻率影響不大，故選擇加載頻率為0.1 Hz，典型加載曲線及對(duì)應(yīng)滯回圈如圖4所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 動(dòng)剪切模量和阻尼比

由于兩種不同試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)原理不同，共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)直接測(cè)得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是不同的。共振柱試驗(yàn)直接推導(dǎo)出橡膠顆粒土在小應(yīng)變（1×10-6?5×10-4）范圍的動(dòng)剪切模量和阻尼比。動(dòng)三軸可測(cè)得在軸向動(dòng)應(yīng)變下的試樣動(dòng)彈性模量和阻尼比，需要通過(guò)泊松比將動(dòng)彈性模量和動(dòng)軸向應(yīng)變轉(zhuǎn)化為動(dòng)剪切模量和動(dòng)剪應(yīng)變，根據(jù)《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》（GB/T 50269?2015）[11]，換算公式為：

式中 ?Ed為土體的動(dòng)彈性模量;εd為軸向動(dòng)應(yīng)變;νs為泊松比。根據(jù)劉方成等[12]對(duì)不同配比橡膠砂三軸試驗(yàn)的研究結(jié)果表明：不同配比橡膠砂在破壞階段泊松比趨于0.5，且受?chē)鷫河绊懮跣?。由于?dòng)三軸試驗(yàn)主要記錄土體在大應(yīng)變（1×10-3?5×10-2）范圍的動(dòng)力特性，在此應(yīng)變范圍內(nèi)，試樣基本處于高應(yīng)力水平狀態(tài)，故在本文中將泊松比取為0.49。

圖5給出了共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)聯(lián)合得到的不同橡膠顆粒摻入量混合土在寬應(yīng)變范圍內(nèi)動(dòng)剪切模量隨剪應(yīng)變幅值的變化曲線。從圖5可以看出，兩種試驗(yàn)得到的橡膠顆粒含量對(duì)動(dòng)剪切模量衰減曲線的影響規(guī)律一致，動(dòng)三軸試驗(yàn)?zāi)軐?duì)共振柱試驗(yàn)無(wú)法獲得的大應(yīng)變范圍數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的補(bǔ)充。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以將橡膠混合土的模量衰減大致分為三個(gè)階段：在動(dòng)彈性變形階段（γa≤10-5），動(dòng)剪切模量基本保持不變;在動(dòng)彈塑性變形階段（10-5≤γa≤5×10-3），動(dòng)剪切模量隨剪應(yīng)變幅值的增大而急劇降低;在塑性變形階段（γa≥5×10-3），動(dòng)剪切模量的衰減逐漸減緩，并趨于零。同時(shí)，隨著橡膠顆粒含量的增加，動(dòng)彈塑性變形階段出現(xiàn)所對(duì)應(yīng)的臨界剪應(yīng)變幅也在增加。可以認(rèn)為，在動(dòng)彈性變形階段，土體內(nèi)部顆粒還未發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)，土體結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，故其動(dòng)剪切模量基本保持不變;當(dāng)橡膠含量增加時(shí)，由于橡膠顆粒彈性變形能力強(qiáng)，首先由橡膠顆粒通過(guò)發(fā)生形變消耗能量，故橡膠顆粒摻入量越多，其模量出現(xiàn)明顯衰減對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)變幅越大。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，橡膠顆粒摻入量對(duì)于混合土動(dòng)力特性的影響較大，初始阻尼比隨橡膠顆粒摻入量的增加而增大，且阻尼比隨剪應(yīng)變幅值的增長(zhǎng)趨于平緩。當(dāng)剪應(yīng)變幅值增大到某個(gè)值后，阻尼比增長(zhǎng)曲線隨著橡膠顆粒摻入量的增加而出現(xiàn)降低的現(xiàn)象?？梢哉J(rèn)為，當(dāng)剪應(yīng)變幅值較小時(shí)，因橡膠顆粒的初始材料阻尼大于砂土，且該變形范圍內(nèi)以混合土的彈性變形為主，橡膠顆粒含量的增加將明顯增大混合土的初始材料阻尼比。但是，當(dāng)剪應(yīng)變幅值較大時(shí)，混合土的阻尼比特性主要以應(yīng)力?應(yīng)變滯回阻尼為主，初始材料阻尼為輔。因此，當(dāng)橡膠顆粒含量較少時(shí)，混合土將發(fā)生較大的塑性變形甚至破壞，橡膠顆粒和砂的混合土主要以應(yīng)力?應(yīng)變的滯回阻尼為主;隨著橡膠顆粒含量的不斷增加，混合土的彈性變形能力增強(qiáng)，導(dǎo)致混合土的塑性變形量減小，從而大大降低其滯回阻尼。為了驗(yàn)證上面的發(fā)現(xiàn)，圖6給出了動(dòng)三軸試驗(yàn)中單幅軸向應(yīng)變?chǔ)?0.649%時(shí)不同橡膠含量所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力?應(yīng)變滯回圈。由圖6可以發(fā)現(xiàn)，在此應(yīng)變下，橡膠含量越低，其滯回圈越飽滿，即其表現(xiàn)出的滯回阻尼比越大，且此時(shí)滯回圈形狀越不規(guī)則，土體產(chǎn)生較大的塑性變形。

另外，從圖7可以發(fā)現(xiàn)，混合土的初始阻尼比在較小剪應(yīng)變范圍內(nèi)會(huì)基本保持不變。同時(shí)，隨著橡膠顆粒摻入量的增加，初始阻尼比保持不變對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)變范圍也越來(lái)越大，超過(guò)某剪應(yīng)變幅值以后混合土的阻尼比才慢慢增長(zhǎng)。圖7初步給出了臨界剪應(yīng)變幅值隨橡膠顆粒含量增加而增大的擬合曲線。

2.2 歸一化模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變幅值的變化曲線

為定量地描述動(dòng)剪切模量隨剪應(yīng)變幅值的衰退關(guān)系，對(duì)動(dòng)剪切模量G進(jìn)行歸一化處理，得到模量比G/Gmax隨剪應(yīng)變幅值的衰退曲線。其中，根據(jù)Hardin[13]等提出的土體骨干曲線的雙曲線模型確定Gmax的取值，將動(dòng)剪切模量倒數(shù)與動(dòng)剪應(yīng)變幅值近似用直線表示

圖8給出了橡膠顆粒含量不同時(shí)，根據(jù)共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果分別計(jì)算得到的初始動(dòng)剪切模量。兩種試驗(yàn)儀器所得到的初始動(dòng)剪切模量均隨著橡膠含量的增加而減小，且動(dòng)三軸試驗(yàn)得到的結(jié)果較共振柱試驗(yàn)結(jié)果小得多，僅約為共振柱的30%?40%。主要原因是因?yàn)閯?dòng)三軸試驗(yàn)所能測(cè)量的最小應(yīng)變已超過(guò)橡膠顆粒土的彈性應(yīng)變范圍，故認(rèn)為共振柱試驗(yàn)得到的初始動(dòng)剪切模量比動(dòng)三軸試驗(yàn)更接近真實(shí)值。在本次試驗(yàn)中，共振柱試驗(yàn)得到的最大剪切模量預(yù)測(cè)公式如下式

（1）Davidenkov模型和陳國(guó)興等[16]提出的阻尼比經(jīng)驗(yàn)擬合公式均適用于橡膠顆粒土這種新型土體，并且共振柱與動(dòng)三軸的試驗(yàn)結(jié)果得到的橡膠顆粒含量對(duì)歸一化模量衰減曲線和阻尼比增長(zhǎng)曲線的影響規(guī)律一致;

（2）對(duì)比兩種試驗(yàn)方法所得的模量比衰減曲線，共振柱試驗(yàn)所得的擬合曲線分布于一條較狹長(zhǎng)的斜S型條帶范圍內(nèi)，而動(dòng)三軸試驗(yàn)所得到的擬合曲線則較分散地分布在大應(yīng)變對(duì)應(yīng)的條帶范圍內(nèi)，其主要原因是因?yàn)閯?dòng)三軸試驗(yàn)所得到的初始動(dòng)剪切模量偏小，進(jìn)而導(dǎo)致其G/Gmax結(jié)果明顯偏大。

為了彌補(bǔ)兩種不同試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變測(cè)試范圍的局限，圖10為采用兩種不同處理方法給出將共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合得到的模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變幅值的變化曲線。其中，圖10（a）為將共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)分別測(cè)得的初始剪切模量Gmax計(jì)算得到的G/Gmax和阻尼比的變化曲線，記為方法一;圖10（b）為將動(dòng)三軸和共振柱測(cè)得的試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)一采用共振柱獲得的Gmax進(jìn)行歸一化處理得到的擬合曲線，記為方法二。對(duì)比兩圖可得：

（1）由于動(dòng)三軸試驗(yàn)單獨(dú)得到的G/Gmax偏大，方法一所得擬合曲線不能很好地將兩種試驗(yàn)的結(jié)果統(tǒng)一起來(lái)，且在大應(yīng)變范圍內(nèi)，因初始剪切模量測(cè)試值偏小，導(dǎo)致得到的歸一化模量比實(shí)際值偏大，從而導(dǎo)致兩種試驗(yàn)結(jié)果聯(lián)合得到的歸一化模量比隨剪應(yīng)變幅值的變化無(wú)法很好的銜接，故認(rèn)為這種處理方法不妥;

（2）基于兩種不同試驗(yàn)結(jié)果，采用方法二得到的歸一化剪切模量衰減曲線在小應(yīng)變幅范圍和大應(yīng)變幅范圍都能很好地?cái)M合兩種試驗(yàn)結(jié)果，本文認(rèn)為方法二得到的G/Gmax?γa曲線和λ?γa曲線更為合理。

2.3 擬合參數(shù)分析

圖11分別給出了單獨(dú)動(dòng)三軸、單獨(dú)共振柱試驗(yàn)、本文方法一和方法二得到的擬合曲線對(duì)應(yīng)的6個(gè)擬合參數(shù)隨橡膠顆粒摻入量的變化。當(dāng)橡膠顆粒含量為100%（純橡膠）時(shí)，四種擬合方法得到的參數(shù)均出現(xiàn)較大波動(dòng)，不符合變化趨勢(shì)，可認(rèn)為此時(shí)混合土已不符合一般土體的模量和阻尼比的變化規(guī)律，且由于100%橡膠含量的土木工程應(yīng)用不是很普遍，故在此不進(jìn)行討論。

由圖11可以看出，雖然所選取的Davidenkov模型和阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式中除λmin外的其余5個(gè)擬合參數(shù)均沒(méi)有明確的物理意義，但其隨著橡膠含量的變化存在明顯的規(guī)律，6個(gè)擬合參數(shù)隨橡膠含量的變化規(guī)律如下：

（1）不同試驗(yàn)和不同處理方法對(duì)阻尼比參數(shù)λmin的影響較小，且隨橡膠含量的增長(zhǎng)呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng);不同試驗(yàn)和不同處理方法對(duì)阻尼比參數(shù)λ0的影響較大，總體上根據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)得到的結(jié)果更接近于采用共同Gmax的處理結(jié)果，隨橡膠含量的增長(zhǎng)，參數(shù)λ0基本呈線形減小趨勢(shì);除采用共同剪切模量的處理方法外，橡膠含量對(duì)形狀參數(shù)β的影響相對(duì)較小，總體上當(dāng)橡膠顆粒含量小于50%時(shí)參數(shù)β隨橡膠顆粒含量增長(zhǎng)呈略微減小的趨勢(shì);

（2）不同試驗(yàn)和不同處理方法對(duì)模量擬合參數(shù)A'的影響也相對(duì)較小，隨著橡膠顆粒含量的增加，總體上參數(shù)A'在1左右波動(dòng)，對(duì)橡膠顆?；旌贤量刹捎枚ㄖ?.0;不同試驗(yàn)和不同處理方法對(duì)參數(shù)B的影響較大，在同種擬合方法中，隨橡膠含量的增大，參數(shù)B的變化規(guī)律不明顯，對(duì)橡膠顆粒混合土可以采用定值0.4;對(duì)于擬合參數(shù)γ0，由于動(dòng)三軸試驗(yàn)所得的G/Gmax偏大，導(dǎo)致采用動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果和方法一得到的參數(shù)γ0呈指數(shù)增長(zhǎng)，而共振柱試驗(yàn)結(jié)果和方法二得到的參數(shù)隨摻入量呈穩(wěn)定的線性增長(zhǎng)。

根據(jù)上述的分析表明，采用單獨(dú)共振柱試驗(yàn)獲得的G/Gmax ?γa曲線對(duì)應(yīng)的模型擬合參數(shù)與采用共同Gmax的聯(lián)合試驗(yàn)得到的擬合參數(shù)較為接近，即根據(jù)共振柱試驗(yàn)得到的G/Gmax?γa曲線基本也能夠預(yù)測(cè)大應(yīng)變范圍內(nèi)的G/Gmax?γa關(guān)系。但是，基于單獨(dú)共振柱試驗(yàn)結(jié)果得到的λ?γa曲線對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)與采用共同Gmax的聯(lián)合試驗(yàn)得到的擬合參數(shù)相差較大，即非常有必要采用共振柱和動(dòng)三軸聯(lián)合試驗(yàn)獲得的寬應(yīng)變范圍內(nèi)λ?γa曲線。

3 模型參數(shù)建議值

根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為選取共振柱試驗(yàn)得到的Gmax統(tǒng)一對(duì)兩種儀器聯(lián)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理得到的G/Gmax?γa和λ?γa曲線更為合理?？傮w上，針對(duì)本文研究的橡膠顆粒土，當(dāng)橡膠顆粒含量改變時(shí)，可以認(rèn)為對(duì)G/Gmax?γa曲線的擬合參數(shù)A'和B及其λ?γa曲線擬合參數(shù)β影響不大，建議采用定值：A'=1.05，B=0.4，β=2.5。但是，橡膠顆粒含量對(duì)參考剪應(yīng)變幅γ0、最小阻尼比λmin和阻尼比曲線參數(shù)λ0的影響較大，可用圖12中所示的擬合公式反映橡膠顆粒含量對(duì)其的影響規(guī)律。

4 結(jié)論與建議

基于共振柱試驗(yàn)和動(dòng)三軸試驗(yàn)在測(cè)得土體動(dòng)力學(xué)特性方面所具有的不同優(yōu)勢(shì)，本文采用動(dòng)三軸和共振柱兩種不同試驗(yàn)儀器開(kāi)展了不同橡膠顆粒摻入量的橡膠?砂混合土動(dòng)力學(xué)特性的聯(lián)合試驗(yàn)研究，得到的主要結(jié)果和發(fā)現(xiàn)如下：

（1）共振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)均能得到橡膠顆粒土的動(dòng)剪切模量和阻尼比，且得到的橡膠顆粒含量對(duì)混合土動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律具有一致性，但動(dòng)三軸試驗(yàn)得到的初始剪切模量比共振柱試驗(yàn)小得多，本文分析認(rèn)為，單獨(dú)依據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得出的初始剪切模量Gmax和模量比G/Gmax存在較大誤差;

（2）橡膠顆?；旌贤恋膭?dòng)剪切模量衰減大致可分為三個(gè)階段：①動(dòng)彈性變形階段（γa≤10-5），動(dòng)剪切模量基本保持不變;②動(dòng)彈塑性變形階段（10-5≤γa≤5×10-3），動(dòng)剪切模量隨剪應(yīng)變幅值的增大出現(xiàn)明顯衰減;③塑性變形階段（γa≥5×10-3），動(dòng)剪切模量的衰減逐漸減緩，并趨于零;

（3）橡膠顆粒混合土初始阻尼比隨橡膠顆粒摻入量的增加而增大，但是隨著橡膠顆粒含量的增加，橡膠顆粒土的阻尼比增長(zhǎng)曲線出現(xiàn)明顯的初始平臺(tái)段，即超過(guò)某臨界剪應(yīng)變幅后阻尼比曲線才會(huì)明顯增長(zhǎng)。本文初步給出臨界剪應(yīng)變幅與橡膠摻入量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系;

（4）當(dāng)剪應(yīng)變幅較小時(shí)，因橡膠顆粒的材料阻尼大于砂粒，且該變形范圍內(nèi)以混合土的初始材料阻尼特性為主，橡膠顆粒含量的增加將明顯增大混合土的阻尼比。但是，當(dāng)剪應(yīng)變幅值較大時(shí)，混合材料以應(yīng)力?應(yīng)變的滯回阻尼特性為主，隨著橡膠顆粒含量的增加，混合土的彈性變形能力越好，滯回阻尼越小，從而降低了混合土的阻尼比;

（5）采用單獨(dú)共振柱試驗(yàn)獲得的G/Gmax?γa曲線對(duì)應(yīng)的模型擬合參數(shù)與采用共振柱試驗(yàn)得到的Gmax進(jìn)行聯(lián)合處理兩種不同試驗(yàn)測(cè)得的寬應(yīng)變范圍內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果得到的模型擬合參數(shù)較為接近，即根據(jù)共振柱試驗(yàn)得到的G/Gmax?γa曲線基本也能夠預(yù)測(cè)大應(yīng)變范圍內(nèi)橡膠顆粒土的G/Gmax?γa關(guān)系。但是，基于單獨(dú)共振柱試驗(yàn)結(jié)果得到的λ?γa曲線對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)與采用共同Gmax的聯(lián)合進(jìn)行聯(lián)合處理兩種不同試驗(yàn)得到的擬合參數(shù)相差較大;

（6）基于福建標(biāo)準(zhǔn)砂細(xì)砂與橡膠顆粒得到的混合料的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為采用基于共振柱試驗(yàn)獲得的Gmax處理兩種不同試驗(yàn)獲得的G/Gmax?γa曲線和λ?γa曲線更為準(zhǔn)確，本文初步給出了針對(duì)此種粒徑混合土在不同橡膠顆粒摻入量的G/Gmax?γa和λ?γa曲線擬合參數(shù)建議取值。

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