岩土工程测试技术课件.ppt

　　　课程安排 28学时（讲课16 学时，实验12学时） 课程性质：考试课 授课教师：王幼清 参考书： 《土工试验方法标准》GB/T50123-1999 《公路土工试验规程》JTGE40-2007 　 　　3.　　　关系线拟合及参数的确定　　令　　　　　　　　，则上述的　　　　　　关系线可用　　　关系表示。　　拟合　　　关系的目的是用数学的方法来描述实测的　　　关系，确定参数，以及定量地表示各种因素的影响。　　拟合的方法是根据　　　关系的特征，先验地选择适当的数学表达式表示实测的资料，通过调整表达式中的参数，以达到与实测试验资料相一致。　　(1)第一类关系线的拟合　　第一类关系线通常用双曲线拟合。即将　表示成　的函数，如下图：　　该式有两个参数，　　，其确定方法如下：　　改写上式：　　　　　　　　，取倒数得：　　　　根据试验测得的　　　绘制右图即可确定　出　　　的值。　　由上式，当　　　时　为　　　关系线在原点的切线模量　　；由第一式当　　　时为　　是　　　关系线水平渐近线在竖轴上的截距，其意义为　　　时的轴向偏应力。 　　(2)第二类关系线的拟合　　第二类关系线是一个具有峰值的关系线。根据该曲线的特点，将其表示成两个函数的乘积，其中的一个函数仍为双曲线，另一个函数为一个随 增加而下降的曲线，但当 时该函数等于１。在此，该函数选择如下形式： ，其中 ，该曲线有一个水平渐 近线,其截距为 ,这样，有峰值的曲线表达式为： 　　　　该表达式也有一个水平渐近线，其截距为　　 ,显然该曲线有四个参数：由于第一个函数是上升的，第二个函数是下降的，两者之乘积将有一个峰值。 　a 　值的确定　　　　改写表达式得： 　　　当 时， ，按试验资料绘制 关系线，可外插出 值。  　b 　 值的确定　　确定这三个参数需要三个条件。 其一是峰值处切线斜率为零：　　即 　　令　　　　　整理得：　　其二是峰值点的应力　　　和应变满足表达式：令　　　　得：　　　　其三是峰值后任意点　的应力和应变　满足表达式：令　　　得：　　由上述三个　的式子可求出　　　　的值。  　　5.试验原理　　　当土样顶端受到扭转力矩作用，产生的转角　是坐标　的函数，　的　运动方程为：式中，　为土的剪切波速，根据弹性理论：式中， 　、　分别为土的动剪切模量及质量密度。采用分离变量方法求解该方程式：令　　　　　　　　　　将该式带入方程式，得： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ，式中， 为待定的系数。解第一式，并使其满足第一个边界条件，得：　　　　　　　，式中， 为待定系数，解第二式，得：　　　　　　　　　　　　　　，式中 为待定系数；　　　　为自由振动圆频率。由于　为常数，则可认为　 是代替　 的一个参数。为确定　 必须应用第二个边界条件。  　　　　　驱动器刚性块所施加的扭转力矩等于：　　　　　式中　为驱动器刚性块质量相对扭转轴的极惯性矩。土样顶面剪应力　　　相对扭转轴的力矩等于：　　　　　　　　　　　　　　式中，　为土样截面积相对扭转轴的极面积矩。　　在土样顶面处，　　　　　，将　　　及　　　代入，可得：　　　式中　为土样质量相对扭转轴的极惯性矩。令　　　　，则得： 　 　　　　　　　　　　 ，由于　　为已知值，则可按此式求出　 值。一般假定　　　为不同值，求得相应的　值作成曲线图供查用。 　　将　式改写： 　　再将　表达式代入得：   　　式中， 为土样和驱动器刚块体系的自振频率。由于　已知，只要测得　 就可算出土的动剪切模量　 。 　　6.自由振动法测试　　　　　　　关系及　　　关系　　　　　　　　　　　　　　　　　　共振柱自由振动法试验步骤包括两个阶段：　　a对一个制备好的土样施加各向均等静应力　 ，并使土样在其作用下压密。　　b土样在　 作用下压密完成后，由安装在土样顶部的驱动装置从小到大逐级施加一个初始扭矩，土样发生扭转变形，然后将其突然释放，土样发生自由振动。在土样自由振动期间用安装在驱动器上的加速度计测量自由振动的加速度。由此，可测得每级自由振动的加速度　　过程线如图：　　由每级　　过程线可确定出相应的周期　。假如施加　级初始扭矩，则得