不同影响因素对黄土动弹性模量的影响研究

屈超锋

（西安卫光科技有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

工民建中涉及到的施工经常遇到动力学问题，如地基夯实、注浆振捣等。土的动力问题力学机理复杂，影响程度较大，引起了众多学者开展相关研究。如孙德安等[1]对非饱和及饱和粉土进行动力变形试验，在不同净围压应力、不同初始含水率的条件下，得到了非饱和及饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线；杨帅东等[2]采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同影响因素（加筋材料、加筋层数、围压、固结应力比）影响下加筋土动弹性模量演化规律；刘大鹏等[3]分析了不同影响因素（压实度、围压、含水率）下砾类土的阻尼比和动弹性模量的演化规律；李池龙[4]对上海罗北路某新建工程路段的石灰改良软黏土开展动三轴试验，分析研究掺灰量、围压、固结比和加荷频率对其动力指标的影响。张凌凯[5]在室内动三轴试验的基础上，研究了在循环荷载作用下饱和砂砾土的动力特性规律，主要分析了振动频率、固结压力和固结应力比对动本构关系和动弹性模量的影响规律。

综上不难发现，对于地基土动力学问题的研究已有大量研究基础，但涉及黄土的相关研究较少，尤其是针对工民建方面的动力学研究较少。土体的动弹性模量是在工民建工程设计中必不可少的设计参数，应对其开展专题研究，研究结论对工程设计具有一定的参考意义。

1 工程概况

陕西某建筑工地在施工中采用了强夯法对湿陷性黄土地基进行处理。该处地基土体湿陷性较小，土体粘性较大，土质呈暗黄色，属Q3黄土。由于施工中采用强夯法，需对土体进行动力特性测试试验。

2 试验方案

以陕西某黄土基坑为工程依托，现场取样，结合黄土自身特点，制定了一个含水率（w=12%）、两个固结比（Kc=1.60、Kc=1.69）、三种干密度（ρd=1.5 g/cm3、ρd=1.6 g/cm3、ρd=1.7 g/cm3）、四个围压（σ3=100 kPa、σ3=200 kPa、σ3=300 kPa、σ3=400 kPa）的动三轴试验方案。

3 试验结果分析

（1）围压对土体动力指标的影响规律分析

对动三轴试验结果进行整理分析，提取了不同状态下四个围压时的动弹性模量和动应变的数据，绘制了如图1（a）～（e）的关系曲线。

图1 不同状态下围压对动弹性模量的影响曲线

图1为不同状态下围压对动弹性模量的影响曲线，由图知在初始状态相同时，动弹性模量随着动应变呈单调递减关系。在相同的动应变下，动弹性模量随围压呈单调递增关系。分析原因是因为当固结应力比不变时，较大的围压引起较大的竖向固结应力。而竖向固结应力增大时，土体内部颗粒间的咬合力增大，土体结合更密实，从而土颗粒间相对滑动更加困难；同时，较大的围压产生了较大的粘聚力，使得土体颗粒之间的初始动剪应力增大。

（2）干密度对土体动力指标的影响规律分析

图2 不同状态下干密度对动弹性模量的影响规律

通过图2中（a）～（d）不难发现，不同干密度下压实黄土动弹性模量也随动应变的增大而减小。动应变相同时，动弹性模量随着干密度的增大而增大。原因主要是随着干密度的增大，土体趋向密实，土颗粒间的联结力增大，促使土体抵抗剪切变形的能力增强，土体产生相同动应变所需要的动应力增大，即动弹性模量增大。

（3）固结应力比对土体动力指标的影响规律分析

图3 不同状态下固结应力比对动弹性模量的影响曲线

循环荷载施加前土体的初始状态可由固结应力比来反映。不同的固结应力比反映了动荷载施加前土体的不同初始应力状态。如图3所示，不同固结应力比下地基土体的动弹性模量与动应变呈单调递减关系。动弹性模量与固结应力比的关系则分为两个阶段：在动应变小于0.1%时，二者呈单调递增关系；而在动应变大于0.1%时，随固结应力比的增大，动弹性模量基本不受固结应力比的影响。主要原因是随着固结应力比的增大，地基土体的初始主应力增大，密实度提高，土颗粒之间的滑动变得困难，使得土的动弹性模量增大；相反，土的动应变在动应力作用下逐渐增大，土体颗粒变得松动，土的粘聚力变小，表现为动弹性模量几乎不受固结应力比的影响。

4 结语

土体的动力问题在工民建设计中常会遇到，一般在设计时较少考虑此因素的影响。但随着工程高度的不断增大，动力学问题的影响不容忽视。基于此，本文开展了地基土体的动三轴试验，分析了围压、干密度、固结比对土体动弹性模量的影响，得出了一些有益结论，相关结论可为工程设计施工提供指导。