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GB/T 50123-2019土工共振柱试验及注意事项-河北天棋

更新时间:2023-10-24      点击次数:240

30  共振柱试验

 

30.1     

30.1.1       土样应为饱和的细粒土或砂土。

30.1.2      本试验宜制备多个性质相同的试样,在不同周围压力和 不同固结比下进行试验。周围压力和固结比宜根据工程实际 定。可采用1个~4个周围压力,1个~3个固结比。

30.2     

30.2.1      本试验所用的主要仪器设备应符合下列规定:

1    共振柱试验仪:按试样约束条件,可分为一端固定一端自 由及一端固定一端用弹簧和阻尼器支承两类;按激振方式,可分为 稳态强迫振动法和自由振动法两类;按振动方式,可分为扭转振动 和纵向振动两类;

2    压力室(图30.2.1):内部置放激振器、加速度计及试样, 压力室底座和试样上压盖板应具有辐射状的凸条;

3   静力控制系统:应符合本标准第29.2.1条第1款第2项 的规定;

4    激振控制系统:包括信号发生器、功率放大器、D/A  转换 器和计算机;

5    量测系统:包括加速度计、电荷放大器、频率计、示波器或A/D 转换器和计算机。

30.2.2      本试验所用的其他仪器设备应符合本标准第19.2. 1条 2款的规定。


7.png                       8.png

(a)等压共振柱示意图                                     (b)轴向和侧向不等压共振柱示意图

                                               30.2. 1  共振柱主机示意图

1一接周围压力系统;2一压力室外罩;3一支架;4一加速度计;5-扭转激振器;

6—轴向激振器;7-驱动板;8-上压盖;9一试样;10一透水板;11一接排水管;

12—轴向压力;13一弹簧;14-激振器;15—旋转轴;16一压力传感器;

17—导向杆;18—加速度计;19—上下活动框架;20—水;21一试样

30.3     

30.3.1      试样制备应符合下列规定:

1    本试验采用的试样直径为50mm, 试样高度为直径的2倍~ 2 . 5倍;

2    原状土样的试样制备应按本标准第19.3. 1条第2款的规 定进行;

3    扰动土样的试样制备应按本标准19.3. 1条第3款的规定 进行;

4    砂性土的试样制备应按本标准第19.3. 1条第4款的规定 进行。

30.3.2      试样饱和应符合下列规定:

1    抽气饱和应按本标准第19.3.2条第1款的规定进行;

2    水头饱和应按本标准第19.3.2条第2款的规定进行;

3    饱和度检查和反压力饱和应按本标准第19.3.2条3款的规定进行。

30.3.3      试样安装和固结应按下列步骤进行:

1    打开量管阀,使试样底座充水,当溢出的水不含气泡时,关 量管阀,在底座透水板上放湿滤纸。

2    将试样放在底座上,并压入凸条中,在其周围贴7条~9 条宽6mm 的湿滤纸条,用撑膜筒将乳胶膜套在试样外,下端与底 座扎紧,取下撑膜筒。用对开圆模夹紧试样,将乳胶膜上端翻出 模外。

3    对扭转振动,将加速度计和激振驱动系统水平固定在驱动 板上,再将驱动板置于试样上端,将旋转轴与试样帽上端连接,翻 起乳胶膜并扎紧在上压盖上(试样帽),按线圈座编号,将对应的线 圈套进磁钢外极,磁极中心至线圈上、下端的距离应相等。两对线 圈的高度应一致,线圈两侧的磁隙应相同,并对称于线圈支架,按 线圈上的标志接线。

4    对轴向振动,将加速度计垂直固定在上压盖上,再将上压 盖与激振器相连。当上压盖上下活动自如时,垂直地置于试样上 端,翻起乳胶膜并扎紧在上压盖上。

5    用引线将加力线圈与功率放大器相连,并将加速度计与电 荷放大器相连。

6    拆除对开圆模,装上压力室外罩。

7    转动调压阀,逐级施加至预定的周围压力, 一端固定另 一端弹簧支承的可进行不等向固结。打开排水阀,直至固结稳 定。稳定标准应符合本标准第29.3.4 条第4款的规定,关排水阀。

30.3.4      稳态强迫振动法应按下列步骤进行:

1   开启信号发生器、示波器、电荷放大器和频率计电源,预热,打开计算机数据采集系统。

2    将信号发生器的振幅控制旋钮调至零位,开启功率放大器 电源预热5min,将功能开关置于共振挡。

3  将信号发生器输出调至给定值,连续改变激振频率,由低 频逐渐增大,直至系统发生共振,读出最大电压值,此时频率计读 数即为共振频率。测记共振频率和相应的电压值,由电压值确定 动应变或动剪应变。

4    进行阻尼比测定时,当激振频率达到系统共振频率后,继 续增大频率,这时振幅逐渐减小,测记每一激振频率和相应的振幅 电压值。如此继续,测记7组~10组数据,关仪器电源。以振幅 为纵坐标,以频率为横坐标,绘制振幅与频率关系曲线。

5    宜逐级施加动应变幅或动应力幅进行测试,后一级的振幅 可控制为前一级的1倍。在同一试样上选用允许施加的动应变幅 或动应力幅的级数时,应避免孔隙水压力明显升高。

6    关闭仪器电源,退去压力,取下压力室罩,拆除试样,需要 时测定试样的干密度和含水率。

30.3.5       自由振动法应按下列步骤进行:

1   开启电荷放大器电源,预热,开计算机系统电源。

2    将试验程序输入计算机,开功率放大器电源预5min,   计算机控制下进行试验。计算机指令 D/A 转换器控制驱动系统, 对试样施加瞬时扭矩后立即卸除,使试样自由振动。在振动过程  中,加速度计的信号经过电荷放大器和 A/D 转换器输入计算机处  理,得到振幅衰减曲线。

3  宜逐级施加动应变幅或动应力幅进行测试,后一级的振幅可控制为前一级的1倍。在每一级激振力振动下试验后,逐次增 大激振力,继续进行试验得到在试样应变幅值增大后测试的模量 和阻尼比。 一般应变幅值增大到1×10-4为止。

4    关闭仪器电源,退除压力,取下压力室外罩,拆除试样,需 要时测定试样的干密度和含水率。

 

30.4  计算、制图和记录

30.4.1  试样的动应变按下列公式计算:

1  动剪应变:

 9.png         (30.4.1-1)

式中:γ——动剪应变(%);

Ad—— 安装加速度计处的动位移(cm); dc——试样固结后的直径(cm);

d₁—— 加速度计到试样轴线的距离(cm); 

hc—— 试样固结后的高度(cm);

U—— 加速度计经放大后的电压值(mV); β——标定系数[mV/(981cm · s²];

w——共振圆频率(rad/s);

fnt-— 试验实测扭转共振频率(Hz)

2  动轴向应变:

10.png                       (30.4.1-2)

式中:hd—— 动轴向变形(cm)

30.4.2  扭转共振时的动剪切模量应按下式计算:

       11.png                            (30.4.2)

式中:Gd—— 动剪切模量(kPa);

fnt—— 试验时实测的扭转共振频率(Hz); 

βs——扭转无量纲频率因数;

            ρ0——试样密度(g/cm³)

30.4.3  扭转无量纲频率因数应根据试样的约束条件分别按下列 公式计算:

1  无弹簧支承:

13.png                     (30.4.3-1)

式中:I0—— 试样的转动惯量(g ·cm²);

I1——试样顶端附加物的转动惯量(g ·cm²); m0——试样质量(g);

d—— 试样直径(cm)

2  有弹簧支承:

14.png         (30.4.3-2)


式中: f0t—— 无试样时转动振动各部分的扭振共振频率(Hz);

             fnt——试验时实测的扭转共振频率(Hz)


30.4.4  轴向共振时的动弹性模量应按下式计算:

15.png            (30.4.4)

 

 式中:Ed—— 动弹性模量(kPa);

fnt—— 试验时实测的纵向振动共振频率(Hz);

βL—— 纵向振动无量纲频率因数。

30.4.5  纵向振动无量纲频率因数应根据试样的约束条件分别按 下列公式计算:

       1 无弹簧支承:

16.png         (30.4.5-1)

式中:m0   试样的质量(g);

mft——试样顶端附加物的质量(g)

2  有弹簧支承:

17.png          (30.4.5-2)

式中:f0t—— 无试样时系统各部分的纵向振动共振频率(Hz); 

          fn1——试验时实测的纵向振动共振频率(Hz)

30.4.6  土的阻尼比应按下列公式计算:

1  无弹簧支承:  

1)自由振动法:

         18.png                      (30.4.6-1)

式中:λ——阻尼比;

N—— 计算所取的振动次数;

A1—— 停止激振后第1周振动的振幅(mm);

AN+1—— 停止激振后第 N+1  周振动的振幅(mm)。

2)稳态强迫振动法:

           19.png        (30.4.6-2)

式中:f1f—— 振幅与频率关系曲线上最大振幅值的70 . 7%处 所对应的频率(Hz);

                    fn—— 最大振幅值所对应的频率(Hz)

2  有弹簧支承:

1)自由扭转振动法: 

 20.png               (30.4.6-3)

21.png          (30.4.6-4)

式中:δtδ0t—— 有试样和无试样时系统扭转振动时的对数衰减率;

                 st—— 扭转振动时的能量比。

 

2)自由纵向振动法: 

    22.png (30.4.6-5)

    23.png(30.4.6-6)


式中:δ1δ01—— 有试样和无试样时系统纵向振动时的对数衰减率;

s1—— 纵向振动时的能量比。

30.4.7      以动剪应变(或轴向应变)为横坐标,动剪切模量或动弹 模量为纵坐标,在半对数纸上绘制不同周围压力下动剪应变或动 弹模量与动剪切模量或轴向应变关系曲线。取微小动剪应变 (γ<1×10-5) 下的动剪切模量为最大动剪切模量Gdmax

30.4.8      以动剪应变或轴向应变为横坐标,动剪切模量比或动弹 模量比为纵坐标,在半对数纸上绘制周围压力下动剪应变或轴向 应变与动剪切模量比或动弹模量比关系的归一化曲线。

30.4.9      以动剪应变或轴向动应变为横坐标,阻尼比为纵坐标,在 半对数纸上绘制关系曲线。

30.4.10     共振柱试验记录格式应符合本标准附录 D  D.55~  D.58 的规定。


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