| 語言 : |
|
| 百科社區 |百科問答 |提交問題 |詞彙知識 |上傳知識 |
剪切模量 |
|
剪切模量，材料常數，是剪切應力與應變的比值。又稱切變模量或剛性模量。材料的力學性能指標之一。是材料在剪切應力作用下，在彈性變形比例極限範圍內，切應力與切應變的比值。它表徵材料抵抗切應變的能力。模量大，則表示材料的剛性強。剪切模量的倒數稱為剪切柔量，是單位剪切力作用下發生切應變的量度，可表示材料剪切變形的難易程度。 內力計算 剛度參數γ，所使用的混凝土的剪切模量G可取等於0.425E，E是混凝土的彈性模量。 材料測試 隨著纖維增強複合材料產品的廣泛應用，且產品設計均採用計算機，特別是航天航空部門、軍工產品，計算越來越精確，因此，對材料性能要求更全面，如要求測出複合材料層板的層間剪切模量G13，G23等性能。根據我們的長期實踐經驗及理論分析，可以應用GB/T1456三點外伸梁彎曲法來測試複合材料層板的G13、G23等。三點外伸梁彎曲法的特點是，可以用梁外伸端的位移（撓度）獨立地計算出梁材料的彎曲彈性模量。由梁當中的撓度及外伸端的位移（撓度）可以一次計算出梁材料的層間剪切模量，不必像文獻等解聯立方程，其優越性顯著。 築壩石料 工開采的碎石(堆石料)是堆石壩主要的築壩材料，為了較好地把握堆石料的等效動剪切模量和等效阻尼比特性，為堆石壩地震反應分析時的材料參數選取提供依據，筆者採用新研製的高精度大型液壓伺服三軸儀[1]，對若干堆石壩工程的十餘種模擬堆石料進行等效動剪切模量與等效阻尼比試驗，按統一的經驗公式進行必要的參數換算或均化處理，給出了堆石料最大等效動剪切模量的估算式，並將其與國內外8座堆石壩現場彈性波試驗深入比較，對各種堆石料的等效動剪切模量、等效阻尼比與動剪應變幅的依賴關係進行綜合分析，給出試驗的統計結果，建議了歸一化等效動剪切模量與動剪應變幅以及等效阻尼比與動剪切應變幅關係的取值範圍。 試料試驗 本文試驗用料均為人工開采的堆石料，根椐實際工程設計級配要求和三軸儀試樣直徑模擬的試料級配曲線如圖1所示。其中，公伯峽堆石壩的3種主堆石料採用的是同一種級配曲線。表1列出各試料的岩性、平均粒徑、不均勻係數、初始孔隙比以及圍壓等試驗條件。除了瀑布溝和關門山堆石料外，其它堆石料的試驗均在等向固結條件下進行，振動時採用不排水狀態。試樣製備採用分層壓實法，試驗振動頻率均為0.1Hz. 土的非線性性質通常採用等效線性模型，即把土視為粘彈性體，用等效動彈模Eeq(或動剪切模量Geq)和等效阻尼比h這兩個參數來反映土的動應力-應變關係的非線性和滯後性，並把它們表示為動應變幅的函數。需要指出，試驗中每級荷載振動12∼15次，不同的加荷週次實測的應力-應變滯回曲線多少有一些差別，由此算出的等效動彈模和阻尼比也不完全一樣。因此，在分析整理試驗成果時，軸向應變、等效動彈模以及阻尼比均以第3次至第10次的平均值給出。 結果分析 2.1最大等效動彈模(Eeq)max的確定本文試驗所測得最小軸向應變可信度為10-5量級，儘管試驗數據中還有小於10-5的一些數據，但其離散度較大。圖2給出一組等效動彈模與軸向應變關係的實測結果。以往的研究表明[2]，砂、礫石、軟岩無論是靜力還是動力荷載條件下，當軸向應變小於10-5時均具有線彈性性質。因此，如圖2所示，本文按εa=10-6∼10-5範圍內堆石料呈線彈性假定推求最大等效動彈模(Eeq)max。這種方法與現行的一些土工試驗規范建議的方法不同，規范建議用1/Eeq與軸向應變εa關係在縱軸上截距的倒數求出最大等效動彈模。事實上，這種方法基於雙曲線模型的假定，對堆石料來說1/Eeq∼εa並不一定滿足直線關係，且在延伸實驗數據時含有較多的不確定性或任意性。 2.2最大等效動剪切模量(Geq)max與平均有效應力σm的關係實測最大等效動彈模(Eeq)max?與平均有效應力σm在對數坐標下可以近似地直線關係，表示為 (Eeq)max=kσnm (1) 式中：k是等效彈模係數，n是模量指數，Eeq和σm的單位是kPa. 為了便於比較，將最大等效動彈模(Eeq)max換算成最大等效動剪切模量(Geq)max，並引入F(e)以消除孔隙比的影響，於是最大等效動剪切模量可表示為[2∼4] (Geq)max=AF(e)σnm? (2) 式中：A為等效剪切模量係數；e為孔隙比；F(e)=(2.17-e)2/(1 e)是孔隙比函數；(Geq)max為最大等效動剪切模量，(Geq)max=(Eeq)max/2(1 μ)，其中泊桑比μ根據試驗條件取值，即不排水狀態取0.5.剪應變γ與軸向應變εa的關係為 γ=εa(1 μ) (3) 表2列出13種堆石料的等效彈模係數k、等效剪切模量係數A、模量指數n和孔隙比函數F(e).由表2可見，儘管這13種堆石料的岩性及風化程度、初始孔隙比和級配(包括平均粒徑、不均勻係數)都有較大的差別，但模量指數n的變化範圍大致在0.4∼0.6之間，與文獻[5]統計的8種粗礫料的結果一致。而等效剪切模量係數A的範圍較大，從2000到10000之間變化。圖3匯總了本文所完成的13種堆石料的試驗結果。為了與現場彈性波試驗結果比較，對所有試驗數據再進行回歸分析給出其平均線和上、下包線。可以看出，平均模量指數為0.5，平均等效動剪切模量係數為7645. 2.3現場彈性波試驗與室內三軸試驗結果比較70年代末80年代初，日本電力中央研究所對日本的5座不同岩質的堆石壩進行了彈性波試驗並將其試驗結果與室內大型三軸試驗進行過比較[6-7]，日本建設省土木研究所曾對三保和七宿兩座堆石壩進行過現場彈性波試驗和室內大型三軸試驗[8-9]。筆者等對我國關門山面板堆石壩進行了現場彈性波試驗並與文獻[6，7]做過比較分析[5]。本文將再次引用這些成果，將室內試驗測得的13種堆石料的平均最大等效動剪切模量及其上、下包線按下式換算成剪切波速進行比較 (4) 式中：g是重力加速度,9.81m/s2;γt是堆石體密度,t/m3；最大等效動剪切模量(Geq)max的單位應換算成t/m2；剪切波速vs的單位是m/s. 需要說明，式(2)中的平均有效應力[9]? σm=1/3(1 μ)(1 K)γtz (6) |
| 用戶 評論 |
|
還沒有評論 |
