宋章等：黄土的动强度特性试验分析
・６５・
黄土的动强度特性试验分析木
宋章１，２程谦恭２
（１，中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司
张炜３
四川成都６１００３１；
四川成都６１００３１；２，西南交通大学土木工程学院
３，机械工业勘察设计研究院陕西西安７１００４３）
摘要在试验的基础上，对山西省万荣地区Ｑ：原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明：
不同固结应力条件下，Ｑ，原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式，固结应力条件对动应力应变关
系有明显的影响；Ｑ２原状黄土的Ｅｄ和Ｇ。随动剪应变的增大而减小；不同固结应力条件下，动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性；阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性，但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。
关键词Ｑ，原状黄土动强度特性动模量动三轴试验
黄土的根本特点在于它的结构性、欠压密性、非饱和性以及由此表现出来的明显的各向异性及湿陷性，对黄土动力特性的研究应基于黄土的这些根本特
点¨Ｌ口ｏ。近年来，随着土动力学的发展和黄土地区建筑物抗震稳定性分析的要求，黄土动力学的研究已
表１
试样物理性质指标表
经展开并取得了一些初步成果，但主要集中在Ｑ３黄土层…叫“，而对Ｑ：黄土层动力特性的研究较少。随着西部大开发战略的实施，黄土动力学的研究更具有重要的现实意义。因此，本文根据Ｑ，原状黄土的物理力学特性，利用动三轴试验对山西省万荣地区Ｑ，原状黄土试样的动强度特性进行研究，探讨了该地区Ｑ，原状黄土在动荷载作用下的动应力一动应变关系、动弹性模量、动剪切模量及阻尼比的特性。
１试验简述
所用试样均取自万荣县黄土塬上，取土深度分别
为１４．０ＩＴＩ、１９．０ｍ和２８．０ｍ，各取三组进行试验，
土的动力特性与振前的应力状态密切相关，因此测试土的动力特性必须模拟振前土的静力状态。天然状态下黄土的垂直压力与水平压力不同，处于偏压三
轴应力状态，振前应力状态应以Ｏｒ，和固结应力比墨
＝ｏｒ．／ｏｒ，（本文取３．３３）表示，偏压同结完成后，才通过动力加载系统对黄土试样施加逐级增加的动力，并用计算机采集动应力和动应变值。
２试验结果及分析
２．１
每组３个性质相同的不扰动土试样，形成的时代为中
更新世Ｑ：。黄土试样的物理性质指标见表ｌ。
原状黄土试样在动荷载作用下的应力一应变关系有两个特点：一是非线性，二是滞后性。黄土的动压缩模量玩、剪切模量Ｇ。和阻尼比Ａ，是反映土在周期性动荷载作用下的性能指标，它们都与动应变
相关。
木国家自然科学基金（４０１７２０９３），交通部西部交通科技建设基金
（２０３３１８４９４７５）。
Ｑ：原状黄土的动应力一动应变关系
由图ｌ（ａ）可见，不同固结应力状态下，Ｑ：原状黄土的盯。一岛曲线呈双曲线关系。试验结果表明：随固结应力的增大，Ｏｒ。一旬曲线均呈向上移动的趋势；最大动应力与固结应力的大小有关，当固结比相同时，固结应力越大，动应力也越大。
由图１（ｂ）可知，Ｑ：原状黄土的动压缩模量Ｅ
随动应变的增大而非线性减小，尤其在动应变旬＜
０．００１时，动压缩模量随动应变的增加而急剧减小，当动应变吼＞Ｏ．００１后，动压缩模量随动应变的增加
宋章，男，博士研究生。
其减小的幅度逐渐变缓；动压缩模量与同结压力的大小相关，当固结压力比一定时，固结压力值越大，动建议在计算有车辆荷载作用的边坡稳定性时，把车辆荷载等效为均布荷载。参考文献：
亭｝仁｝彘｝臣｝舞｝话｝．辱｝氍｝辱｝亭｝簪｝簪｝早｝告｝瞥｝话｝一辱｝．彘｝话｝每｝仁｝一彘｝昏｝色｝彘｝彘｝氍．一臣｝导壬吊壬平｝辱｝昏｝一骨｝一ｅ｝臣｝辱｝争｝辱｝－辱｝ｅ圭一舞｝昏｝昏｝彘｝平｝
经过对比分析，在车辆荷载的处理方式上，把车
辆荷载等效为均布荷载比把车辆荷载等效为当量土柱
更合理、计算结果更可靠。
４结论与建议
［１］钱家欢，殷宗泽．土工原理与分析（第二版）［Ｍ］．北京：中国水利
水电出版社，】９９６．
（１）把车辆荷载等效为当量土柱或均布荷载分析边坡稳定性时，两者计算出的稳定系数大小相差不大。
（２）当与未加荷载时计算稳定系数相比时，将车辆荷载等效为均布荷载计算稳定系数更合理，更安全。
（３）由于目前计算边坡稳定性的软件功能强大，
［２］王肇慧．肖盛燮．刘文方．边坡稳定性计算方法对比分析【Ｊ］．重庆
交通学院学报．２００５，２４（６）：９９—１０３．
［３］交通部第■勘察设计院．路基［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４．
［４］中华人民共和国行业标准．公路工程技术标准（．ｒｉｇ１３０１—２００３）［ＳＪ・
北京：人民交通出版社，２００４．
收稿日期：２００９—０７—１４
万方数据
０ａＰｋＯＯ
・６６・
路基工程２００９年第６期（总第１４７期）
岔官
晕ＧＲ留蒋
动应变自×１０－３（ａ）Ｏ＇ｄ＇－Ｓｔｔ关系
５０００
塞＝
嘉２０００
蜒１０００督
０
动应变旬ｘ１０－３㈣Ｅｒ－ｅｄ关系
图ｌ深１９．０ｉｎ时Ｑ土样动应力、动模量与动应变关系图
压缩模量也越大。
２．２
Ｑ２原状黄土的动剪切模量特性
根据动压缩模量日与动剪切模量Ｇ。和动应变旬及剪切应变讹的关系，动剪切模量Ｇ。＝Ｅ。／２（１＋
肛），其中ｐ为黄土的泊松比，本次试验取其经验值肛
＝０．３５。
在动三轴试验中，动剪应力用试件４５。面上的动剪应力表示：ｎ＝１／２０，。，相应地，该面上动剪应变为钆＝（１＋ｐ）８ｄ，因此下。一７ｄ关系与盯ｄ一白关系具有相似的变化规律。定义参考应变ｙ，＝．ｒｊ＿／Ｇ。一。
图２为Ｑ：原状土样深１９．０ｍ时动剪切模量比
Ｇ。／Ｇｈ与动剪应变比ｙ。／ｙ，关系的典型曲线。由图２
可知，Ｑ：原状黄土的动剪切弹性模量随动剪应变的增大而减小。在较大动应变幅时动剪切模量比减小到
０．２左右，此时固结应力条件不同，但其试验点皆分布在很窄的带内，即Ｇ。／Ｇ。～一７。／竹关系不受固结应力条件的影响，在不同固结应力条件下具有较好的归一化特性。
１．ｏ０．８
｛０．６
造ｏ．４Ｑ
０．２
ｏ一１
ｌ
３
５
７９
１１
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图２
Ｑ：原状黄土岛／６抽。叫ｄ机关系图
２．３
Ｑ，原状黄土的阻尼比特性
阻尼比是土动力特性的一个重要指标。根据试验
数据，可得不同固结应力条件下万荣地区Ｑ：原状黄
土的动阻尼比Ａ与动剪应变讹的关系散点图，见图３。从阻尼比Ａ与动剪应变７。的关系散点图看出，阻尼比随动剪应变的规律变化比较复杂，二者之间的关
万
方数据系比较离散，看不出明显的规律性。阻尼比随动剪应
变的增大而交错分布，但总体上随动剪应变的增大呈逐渐上升的趋势，到达某一幅值后曲线有所变缓。
０．４０‘０．３０凹Ｏ．２０
蛊Ｏ．１０
Ｏ．００
２
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２４
３２
４０
动应变谢１０－３
ｆｃ）深２８．Ｏｍ土样
图３不同固结应力Ｑ２原状黄土Ａ啪关系散点图
３结论
（１）不同固结应力条件下，万荣地区Ｑ：原状黄土的动应力应变具有双曲线关系特性，其最大动应力
与固结应力的大小相关。
（２）Ｑ：原状黄土的动压缩模量和动剪切弹性模量均随动剪应变的增大而减小。在较大的动应变幅时，固结应力条件对动剪切模量影响较小，此时Ｇ／Ｇ。一一ｙ。／７，的关系具有良好的归一化特性。
（３）Ｑ：原状黄土的阻尼比随动剪应变增大而交
错分布，没有明显的规律性，但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。
（４）本文的结论是以万荣地区Ｑ，原状黄土为准，对其它地区原状黄土的适用性尚待验证。
参考文献：
［１］王兰民．黄土动力学［Ｍ】．北京：地震出版社，２００３．
［２］石玉成．黄土地区地震动参数特征及其工程应用研究［Ｄ］．兰州：兰
州大学博士学位论文。２００３．
［３］谢定义．动荷作用下土的强度特性［Ｊ］．水利学报，１９８７（１２）：１７
—３２．
［４］巫志辉，谢定义，余雄飞等．洛川黄土的变形和强度特性［Ｊ］．水利
学报，１９９４（１２）：６７—７１．
［５］田堪良，张慧莉，张伯平等．动扭转荷载下非饱和黄土动力特性试验
研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（２４）：４１５１—４１５５．
收稿只期：２００８—１１一ｌＯ
黄土的动强度特性试验分析
作者：作者单位：
宋章， 程谦恭， 张炜， SONG Zhang， CHENG Qian-gong， ZHANG Wei
宋章,SONG Zhang(中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司,四川成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031)， 程谦恭,张炜,CHENG Qian-gong,ZHANG Wei(西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031)路基工程
SUBGRADE ENGINEERING2009(6)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(5条)
1.田堪良;张慧莉;张伯平 动扭转荷载下非饱和黄土动力特性试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2004(24)2.巫志辉;谢定义;余雄飞 洛川黄土的变形和强度特性[期刊论文]-水利学报 1994(12)3.谢定义 动荷作用下土的强度特性[期刊论文]-水利学报 1987(12)
4.石玉成 黄土地区地震动参数特征及其工程应用研究[期刊论文]-兰州:兰州大学 20035.王兰民 黄土动力学[期刊论文]-北京:地震出版社 2003
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ljgc200906032.aspx
宋章等：黄土的动强度特性试验分析
・６５・
黄土的动强度特性试验分析木
宋章１，２程谦恭２
（１，中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司
张炜３
四川成都６１００３１；
四川成都６１００３１；２，西南交通大学土木工程学院
３，机械工业勘察设计研究院陕西西安７１００４３）
摘要在试验的基础上，对山西省万荣地区Ｑ：原状黄土的动强度特性进行分析。结果表明：
不同固结应力条件下，Ｑ，原状黄土的动应力应变关系呈双曲线形式，固结应力条件对动应力应变关
系有明显的影响；Ｑ２原状黄土的Ｅｄ和Ｇ。随动剪应变的增大而减小；不同固结应力条件下，动剪切模量比与动剪应变比的关系具有良好的归一化特性；阻尼比随动剪应变增大其分布没有明显的规律性，但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。
关键词Ｑ，原状黄土动强度特性动模量动三轴试验
黄土的根本特点在于它的结构性、欠压密性、非饱和性以及由此表现出来的明显的各向异性及湿陷性，对黄土动力特性的研究应基于黄土的这些根本特
点¨Ｌ口ｏ。近年来，随着土动力学的发展和黄土地区建筑物抗震稳定性分析的要求，黄土动力学的研究已
表１
试样物理性质指标表
经展开并取得了一些初步成果，但主要集中在Ｑ３黄土层…叫“，而对Ｑ：黄土层动力特性的研究较少。随着西部大开发战略的实施，黄土动力学的研究更具有重要的现实意义。因此，本文根据Ｑ，原状黄土的物理力学特性，利用动三轴试验对山西省万荣地区Ｑ，原状黄土试样的动强度特性进行研究，探讨了该地区Ｑ，原状黄土在动荷载作用下的动应力一动应变关系、动弹性模量、动剪切模量及阻尼比的特性。
１试验简述
所用试样均取自万荣县黄土塬上，取土深度分别
为１４．０ＩＴＩ、１９．０ｍ和２８．０ｍ，各取三组进行试验，
土的动力特性与振前的应力状态密切相关，因此测试土的动力特性必须模拟振前土的静力状态。天然状态下黄土的垂直压力与水平压力不同，处于偏压三
轴应力状态，振前应力状态应以Ｏｒ，和固结应力比墨
＝ｏｒ．／ｏｒ，（本文取３．３３）表示，偏压同结完成后，才通过动力加载系统对黄土试样施加逐级增加的动力，并用计算机采集动应力和动应变值。
２试验结果及分析
２．１
每组３个性质相同的不扰动土试样，形成的时代为中
更新世Ｑ：。黄土试样的物理性质指标见表ｌ。
原状黄土试样在动荷载作用下的应力一应变关系有两个特点：一是非线性，二是滞后性。黄土的动压缩模量玩、剪切模量Ｇ。和阻尼比Ａ，是反映土在周期性动荷载作用下的性能指标，它们都与动应变
相关。
木国家自然科学基金（４０１７２０９３），交通部西部交通科技建设基金
（２０３３１８４９４７５）。
Ｑ：原状黄土的动应力一动应变关系
由图ｌ（ａ）可见，不同固结应力状态下，Ｑ：原状黄土的盯。一岛曲线呈双曲线关系。试验结果表明：随固结应力的增大，Ｏｒ。一旬曲线均呈向上移动的趋势；最大动应力与固结应力的大小有关，当固结比相同时，固结应力越大，动应力也越大。
由图１（ｂ）可知，Ｑ：原状黄土的动压缩模量Ｅ
随动应变的增大而非线性减小，尤其在动应变旬＜
０．００１时，动压缩模量随动应变的增加而急剧减小，当动应变吼＞Ｏ．００１后，动压缩模量随动应变的增加
宋章，男，博士研究生。
其减小的幅度逐渐变缓；动压缩模量与同结压力的大小相关，当固结压力比一定时，固结压力值越大，动建议在计算有车辆荷载作用的边坡稳定性时，把车辆荷载等效为均布荷载。参考文献：
亭｝仁｝彘｝臣｝舞｝话｝．辱｝氍｝辱｝亭｝簪｝簪｝早｝告｝瞥｝话｝一辱｝．彘｝话｝每｝仁｝一彘｝昏｝色｝彘｝彘｝氍．一臣｝导壬吊壬平｝辱｝昏｝一骨｝一ｅ｝臣｝辱｝争｝辱｝－辱｝ｅ圭一舞｝昏｝昏｝彘｝平｝
经过对比分析，在车辆荷载的处理方式上，把车
辆荷载等效为均布荷载比把车辆荷载等效为当量土柱
更合理、计算结果更可靠。
４结论与建议
［１］钱家欢，殷宗泽．土工原理与分析（第二版）［Ｍ］．北京：中国水利
水电出版社，】９９６．
（１）把车辆荷载等效为当量土柱或均布荷载分析边坡稳定性时，两者计算出的稳定系数大小相差不大。
（２）当与未加荷载时计算稳定系数相比时，将车辆荷载等效为均布荷载计算稳定系数更合理，更安全。
（３）由于目前计算边坡稳定性的软件功能强大，
［２］王肇慧．肖盛燮．刘文方．边坡稳定性计算方法对比分析【Ｊ］．重庆
交通学院学报．２００５，２４（６）：９９—１０３．
［３］交通部第■勘察设计院．路基［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４．
［４］中华人民共和国行业标准．公路工程技术标准（．ｒｉｇ１３０１—２００３）［ＳＪ・
北京：人民交通出版社，２００４．
收稿日期：２００９—０７—１４
万方数据
０ａＰｋＯＯ
・６６・
路基工程２００９年第６期（总第１４７期）
岔官
晕ＧＲ留蒋
动应变自×１０－３（ａ）Ｏ＇ｄ＇－Ｓｔｔ关系
５０００
塞＝
嘉２０００
蜒１０００督
０
动应变旬ｘ１０－３㈣Ｅｒ－ｅｄ关系
图ｌ深１９．０ｉｎ时Ｑ土样动应力、动模量与动应变关系图
压缩模量也越大。
２．２
Ｑ２原状黄土的动剪切模量特性
根据动压缩模量日与动剪切模量Ｇ。和动应变旬及剪切应变讹的关系，动剪切模量Ｇ。＝Ｅ。／２（１＋
肛），其中ｐ为黄土的泊松比，本次试验取其经验值肛
＝０．３５。
在动三轴试验中，动剪应力用试件４５。面上的动剪应力表示：ｎ＝１／２０，。，相应地，该面上动剪应变为钆＝（１＋ｐ）８ｄ，因此下。一７ｄ关系与盯ｄ一白关系具有相似的变化规律。定义参考应变ｙ，＝．ｒｊ＿／Ｇ。一。
图２为Ｑ：原状土样深１９．０ｍ时动剪切模量比
Ｇ。／Ｇｈ与动剪应变比ｙ。／ｙ，关系的典型曲线。由图２
可知，Ｑ：原状黄土的动剪切弹性模量随动剪应变的增大而减小。在较大动应变幅时动剪切模量比减小到
０．２左右，此时固结应力条件不同，但其试验点皆分布在很窄的带内，即Ｇ。／Ｇ。～一７。／竹关系不受固结应力条件的影响，在不同固结应力条件下具有较好的归一化特性。
１．ｏ０．８
｛０．６
造ｏ．４Ｑ
０．２
ｏ一１
ｌ
３
５
７９
１１
’ｄ｜’，
图２
Ｑ：原状黄土岛／６抽。叫ｄ机关系图
２．３
Ｑ，原状黄土的阻尼比特性
阻尼比是土动力特性的一个重要指标。根据试验
数据，可得不同固结应力条件下万荣地区Ｑ：原状黄
土的动阻尼比Ａ与动剪应变讹的关系散点图，见图３。从阻尼比Ａ与动剪应变７。的关系散点图看出，阻尼比随动剪应变的规律变化比较复杂，二者之间的关
万
方数据系比较离散，看不出明显的规律性。阻尼比随动剪应
变的增大而交错分布，但总体上随动剪应变的增大呈逐渐上升的趋势，到达某一幅值后曲线有所变缓。
０．４０‘０．３０凹Ｏ．２０
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１２
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３２
４０
动应变谢１０－３
ｆｃ）深２８．Ｏｍ土样
图３不同固结应力Ｑ２原状黄土Ａ啪关系散点图
３结论
（１）不同固结应力条件下，万荣地区Ｑ：原状黄土的动应力应变具有双曲线关系特性，其最大动应力
与固结应力的大小相关。
（２）Ｑ：原状黄土的动压缩模量和动剪切弹性模量均随动剪应变的增大而减小。在较大的动应变幅时，固结应力条件对动剪切模量影响较小，此时Ｇ／Ｇ。一一ｙ。／７，的关系具有良好的归一化特性。
（３）Ｑ：原状黄土的阻尼比随动剪应变增大而交
错分布，没有明显的规律性，但总体上随动剪应变的增大而呈逐渐上升的趋势。
（４）本文的结论是以万荣地区Ｑ，原状黄土为准，对其它地区原状黄土的适用性尚待验证。
参考文献：
［１］王兰民．黄土动力学［Ｍ】．北京：地震出版社，２００３．
［２］石玉成．黄土地区地震动参数特征及其工程应用研究［Ｄ］．兰州：兰
州大学博士学位论文。２００３．
［３］谢定义．动荷作用下土的强度特性［Ｊ］．水利学报，１９８７（１２）：１７
—３２．
［４］巫志辉，谢定义，余雄飞等．洛川黄土的变形和强度特性［Ｊ］．水利
学报，１９９４（１２）：６７—７１．
［５］田堪良，张慧莉，张伯平等．动扭转荷载下非饱和黄土动力特性试验
研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（２４）：４１５１—４１５５．
收稿只期：２００８—１１一ｌＯ
黄土的动强度特性试验分析
作者：作者单位：
宋章， 程谦恭， 张炜， SONG Zhang， CHENG Qian-gong， ZHANG Wei
宋章,SONG Zhang(中铁二院成都地勘岩土工程有限责任公司,四川成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031)， 程谦恭,张炜,CHENG Qian-gong,ZHANG Wei(西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031)路基工程
SUBGRADE ENGINEERING2009(6)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(5条)
1.田堪良;张慧莉;张伯平 动扭转荷载下非饱和黄土动力特性试验研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2004(24)2.巫志辉;谢定义;余雄飞 洛川黄土的变形和强度特性[期刊论文]-水利学报 1994(12)3.谢定义 动荷作用下土的强度特性[期刊论文]-水利学报 1987(12)
4.石玉成 黄土地区地震动参数特征及其工程应用研究[期刊论文]-兰州:兰州大学 20035.王兰民 黄土动力学[期刊论文]-北京:地震出版社 2003
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ljgc200906032.aspx