抗液化强度试验装置与试验方法

1 剪切波速测试装置

在三轴压力室内测试土样的剪切波速，关键在于要开发出适合于测试土样且能够在三轴压力室水中工作的剪切波速传感器。为此我们采用扭转振动圆环制做剪切波速传感器。当在圆环上下两面施加一个激励时，圆环将产生扭转振动；反之，当圆环产生扭转振动时，在圆环的上下两面电极间又会产生相应的电荷。于是，如果在土样两端面各放置一个扭振圆环，一个用于发射扭剪波，另一个用于接收扭剪波。理论分析表明，对于直径为3.91 cm 长为8.0 cm 的土样，只要测量扭转振动通过土样的时间和土样的高度，就可以正确测得土样的剪切波速。

针对所使用的HX–100 动三轴仪上下压头的形状与特点，开发了三轴压力室内专用的密封剪切波速传感器。进一步，又开发出从三轴压力室内引出测量导线的密封接头。从而形成了一套新型剪切波速与振动三轴联合试验装置。其中的剪切波速传感器，既能测量试验土样的剪切波速，又能作为进行振动三轴液化试验的传力压头；采用DB4 型多波参数分析仪驱动传感器发射与接收扭转振动测量信号。该测试装置传感器的特性指标为工作频率5.0 kHz，工作带宽1.7 kHz，机械品质因数2.92。这些参数表明，这里开发出的传感器具有低工作频率和机械品质因数，能测试各种土样的剪切波速。

2 试验方法

控制剪切波速的振动三轴液化试验的关键是必须有一种方法，能够有效改变试验土样的初始剪切波速。经过反复尝试，发现采用超固结并结合3~4 Hz 的小幅预剪振动方法，可以有效改变试验土样的初始剪切波速。具体方法为：当土样在等向固结压力 c0 σ 作用下排水固结后，继续增大固结应力到 c1 σ ，并使土样排水固结。然后关闭排水阀门，在 c1 σ 固结压力作用下，给土样施加3~4 Hz的小幅预剪振动应力。一般取预剪动应力比 d c0 σ 2 ⋅σ 不大于0.05。当累积孔压上升至原固结压力的5%时，停止预剪振动并打开排水阀门使土样排水固结，然后再将固结压力恢复到 c0 σ ，测试此时土样的剪切波速。

控制土样初始剪切波速的振动三轴液化试验的步骤为：①制备试验土样，利用真空饱和法使土样饱和；② 给土样施加固结压力并使其排水固结；③测试土样的剪切波速；④ 如果土样的剪切波速不满足要求，按上述方法对土样进行预处理以改变土样的初始剪切波速；⑤ 测试处理后土样的剪切波速。如果不满足试验要求，重复过程④；⑥ 在不排水条件下，给土样施加振动应力，直到土样液化为止。

需要说明的是，计算土样剪切波速时，土样高度的精确测量是通过动三轴仪的轴向应变测试系统完成的。

3 试验土样

本次试验涉及20 多个不同的工程场地、埋深为0～20 m 的原状饱和砂土。其中大部分场地为海洋工程场地。根据对试验土样的颗分结果，可以把试验土样分为4 类12 种，基本代表了工程中常见的可液化砂土。试验时，首先进行原状土样的剪切波速与振动三轴液化联合试验，然后进行相应砂土的重塑土样试验，且在进行振动三轴液化试验前，将重塑土样的初始剪切波速恢复到原状土样的剪切波速 。

在岩土地震工程中，如何客观评价原位饱和砂土的抗液化强度是一个到目前仍未解决好的重要问题。解决这一问题的关键在于如何取得能够反映原位土层结构性的原状土样。已有的一些研究表明，土的剪切波速可能是反映其结构性的一个控制参数。然而，不同研究者对这一问题有限的一些研究却得出完全不同的结论。

Tokimatsu 把薄壁取土器取得饱和砂土试样的初始剪切模量恢复到用冻结法取得的饱和土样具有的初始剪切模量，然后通过试验比较两者的抗液化强度，发现如果它们的初始剪切模量一致，其抗液化强度也近似。因此他认为，借助饱和砂土最大剪切模量的（剪切波速）一致性，可以得到饱和砂土的原位抗液化强度。由于他通过在振动三轴压力室内测定试验土样的微小应变来确定土样的初始剪切模量，测量方法本身就由于存在系统误差而很难准确测定土样的初始剪切模量。李万红、李昕则通过研制超声剪切波速和振动三轴联合试验装置，对这一问题进行研究。但是，由于当时没有能够开发出在振动三轴压力室内测试土样剪切波速的有效装置，使得无法在动三轴压力室内正确测试土样的剪切波速，因此，他们的研究结果认为，土样的剪切波速不能较好反映砂土的结构性，因此也就不能够借助土样剪切波速的一致性评价原位饱和砂土的抗液化强度。Fernandez 等的研究结果表明，小应变下（<10−6）土颗粒之间的胶结强度对土的剪切波速有显著影响。DeAlba 用不同的制样方法模拟土颗粒的不同排列方式，发现对于密实砂土用不同的制样方法制成的试样其弹性剪切模量相差不大。黄博借助动三轴压力室内的弯曲单元测试装置研究饱和重塑砂土剪切波速与其抗液化强度之间的关系。由于弯曲元需要插入试样中一定深度(3 mm)，从而造成对试样的扰动，同时也造成剪切波传播长度的不确定性，已有研究结果表明，仅此一项造成的测量误差可以达到16%。基于以上分析可以看出，尽管对于饱和砂土与其抗液化强度之间的关系有过一些研究，但是仍缺乏原状与重塑土样的对比实验研究，以至于目前仍然无法对这一重要问题做出明确的阐述。正是基于这样的分析，首先开发出在动三轴压力室内测试试验土样剪切波速的装置，进而通过大量不同种类的原状和重塑饱和砂土的对比试验，研究饱和砂土的剪切波速与其抗液化强度之间是否存在唯一对应关系，阐明影响这个对应关系成立的前提条件 。

依据试验结果，首先按5%的峰峰振动应变标准确定试验土样的液化破坏振次，进而对同一组试验土样，按照剪切波速一致原则，做出原状和重塑土样的抗液化强度曲线。从这些试验结果可以看出，无论是原状还是重塑土样，具有相同剪切波速的试验结果都集中在同一抗液化强度曲线附近。也就是说，当重塑砂土的剪切波速恢复到原状土样的剪切波速时，它们的抗液化强度接近一致。为定量说明这点，对具有相同剪切波速的原状和重塑土样的抗液化应力比进行了相关性分析。在12 种砂土、24 组剪切波速试验数据的相关性分析中，22 组的相关系数≥0.83，这表明在给定的液化判别标准下，饱和砂土的剪切波速与其抗液化强度之间确实存在良好对应关系。

采用不同应变判别标准时，对不同种类原状与重塑土样抗液化强度相关性分析结果。这些结果表明：当应变判别标准取3%～6%之间某一值时，相同剪切波速的原状和重塑土样的抗液化应力比之间具有良好的唯一对应关系；当应变判别标准超过6%时，相同初始剪切波速的原状和重塑土样的抗液化应力比之间的相关性显著降低，上述结论也就不成立了。分析原因，作者认为剪切波速是土样在小应变下的一个参数，剪切波速一致，只表明土样在一定应变范围内土的某些性质是一致的，超出这个范围，二者在结构性上仍存在差别，并导致振动变形与累积孔压变化的差别。因此这里的研究表明，饱和砂土剪切波速与其抗液化强度之间的对应关系是有一定前提条件的。

利用剪切波速与振动三轴联合试验装置，针对20 多个工程场地、埋深在20 m 以内的大量原状土样，以试验土样的初始剪切波速为控制参数，通过分析同一种土样、在同一固结压力作用下、具有相同剪切波速的原状与重塑土样抗液化强度之间的相关性，阐明饱和砂土的初始剪切波速与其抗液化强度之间是否存在唯一对应关系问题。这里的研究结果表明，当判别液化的应变标准不超过6%时，土的抗液化强度与其初始剪切波速之间确实存在良好的对应关系。当选取的应变破坏标准超过6%，原状和重塑土的抗液化强度之间的相关性明显变差，初始剪切波速与抗液化强度之间也就不具备对应关系。这表明，土的剪切波速与其抗液化强度之间的对应关系是有一定前提条件的。这里之所以选取5%作为液化判别标准，一方面考虑到这是国内外研究饱和砂土剪切波速与其抗液化强度相关性时，通常采用的标准；另一方面，由于这里采用的原状土样比较密实，试验结果表明，尽管动应力作用下能够达到初始液化的孔压标准，但此时的振动应变并没有突变，所以此时采用应变破坏标准较为适宜 。

学科：工程地质学

词目：抗剪断强度

英文：shear strength

释文：

学科：工程地质学

词目：抗弯曲强度

英文：bending strength

释文：抗弯曲强度是岩石（体）抵抗折断能力的性质。测定岩石的抗弯曲强度的试验方法比较复杂，通常根据它与抗压强度的经验比例关系确定。

“抗弯曲强度”是指电容焊到PCB板上后，能承受PCB变形的能力。一般固体承受变形的能力都是有限的，金属能承受的变形能力稍强，变形幅度可以很大。玻璃、陶瓷较脆，能承受的变形幅度较小。

叠层片状陶瓷电容所使用的基质是陶瓷，所以能承受的变形幅度很小，加上它们都是电极片与介质层层叠加烧制而成，较小幅度的变形也会产生容量、阻抗的变化。所以能允许的变形幅度更小。为衡量电容对变形的承受能力，提出了抗弯强度这一概念。2100433B