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剪切模量 |
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式中：泊鬆比μ取0.35，主應力比K取1.5，z為深度，m. 圖4是現場彈性波試驗與室內三軸試驗結果比較，其中曲線4是本文圖3中建議的平均線方程，曲線5和曲線6分別是圖3中的上包線和下包線。曲線7是關門山面板壩現場彈性波試驗成果。 由此可見，本文室內大型三軸試驗給出的範圍基本包絡了日本和我國的8座堆石壩現場彈性波試驗的結果。現代堆石壩採用機械化碾壓施工技術，堆石壩體的密度較高且都比較接近，因此8座堆石壩現場彈性波試驗結果基本吻合，關門山面板壩的試驗結果近似為平均值。總體來說，室內大型三軸儀試驗所得到的結果比現場彈性波試驗結果要低一些，這主要是由於實際工程堆石料顆粒間構造安定，而室內試驗時堆石材料受到嚴重擾動以及試樣尺寸限制所致。2.4歸一化等效動剪切模量Geq/(Geq)max與動剪應變幅γ關係圖5給出歸一化等效動剪切模量隨動剪應變幅的依賴關係的典型實例，即吉林台與洪家度兩座面板堆石壩主堆石料的試驗結果。一般來說，歸一化等效動剪切模量隨動剪應變幅增大而衰減，其衰減的程度主要受圍壓σc或平均有效應力σm的影響。圍壓越低，歸一化等效動剪切模量衰減就越快(即衰減曲線偏左下側)，這一現象與砂的研究成果類似。由圖5可以看出，歸一化等效動剪切模量隨動剪應變幅變化是有一定範圍的，且變化範圍因材料不同而異。洪家渡堆石料的上限比吉林台堆石料略高，且歸一化等效動剪切模量隨動剪應變幅的變化範圍也比吉林台要大一些。但總體上看，兩者的差別並不十分顯著。 為了對各種堆石料的試驗結果進行比較，將作者用本文方法測得的各種堆石料的歸一化等效動剪切模量與動剪應變幅的依賴關係匯總於圖6.圖中每條曲線表示一種試驗堆石料Geq/(Geq)max∼γ變化範圍的平均值。從圖中結果可以看出，儘管這些堆石料的岩性和級配等有較大差別，且最大等效動剪切模量的變化範圍也較大，但各種堆石料的歸一化等效動剪切模量與動剪應變幅的依賴關係的離散性並不大。為便於應用，本文將圖6中各種堆石料的試驗結果再做平均處理，建議了一般堆石料歸一化等效動剪切模量與動剪應變幅依賴關係的取值範圍如圖7所示。 圖6各種堆石料歸一化等效動剪切模量 與動剪應變幅關係平均值的比較 圖7堆石料歸一化等效動剪切模量 與動剪應變幅關係取值範圍 圖8各種堆石料等效阻尼比 與動剪應變幅關係平均值的比較 圖9堆石料等效阻尼比 與動剪應變幅關係取值範圍 2.5等效阻尼比h與動剪應變幅γ的關係大量的研究表明[3，4，7，8]，動剪切模量越高等效阻尼比就越低，等效阻尼比不僅隨動剪應變幅γ的增大而增加，而且還與圍壓σc或平均有效應力σm有關，在相同的動剪應變幅情況下，圍壓σc增大，等效阻尼比減小。此外，固結應力比K對等效阻尼比也有影響，即在相同的圍壓σc及動剪應變幅情況下，固結應力比K增加則等效阻尼比減小。本文匯總了各種堆石料的等效阻尼比與動剪應變幅的關係如圖8，圖中每條曲線即代表一種試驗堆石料的h∼γ變化範圍的平均值。可以看出，各種堆石料的等效阻尼比隨動剪應變幅變化的離散度比歸一化等效動剪切模量隨動剪應變幅變化的離散度要大一些。圖9是將圖8中各種堆石料的試驗結果再做平均處理，建議一般堆石料等效阻尼比與動剪應變幅依賴關係的取值範圍。總體上看，堆石料的等效阻尼比不高，當動剪應變幅γ=10-5時，等效阻尼比約2%左右，γ=10-4時，等效阻尼比接近5%，而當動剪應變幅大於γ=10-4後，阻尼比上升得較快，這說明堆石料進入較強的非線性，應變滯後於應力的現象越加明顯。需要指出，等效阻尼比的離散範圍比較大，這一方面是堆石料本身含有的不確定性引起，另一方面也與試驗數據的分析整理方法有關。 ? 報告結果 (1)本文依據室內高精度大型三軸試驗給出的十餘種堆石料最大等效動剪切模量的估算公式與國內外8座堆石壩現場彈性波試驗結果基本吻合，由此說明，儘管堆石壩築壩材料的級配、初始孔隙比、岩性以及風化程度等不盡相同，但由於採用重型碾機械化施工，現代堆石壩的實際填築密度較高，壩體內剪切波速分佈也大體接近。 (2)在尚未取得堆石料試驗數據的情況下進行堆石壩地震反應分析，可參考本文圖3和圖4粗略估計最大等效動剪切模量，參考圖7和圖9確定歸一化等效動剪切模量、等效阻尼比與動剪應變幅的關係。選取計算參數時應主要考慮岩質硬度、靜抗剪強度等對最大等效動剪切模量以及衰減關係的影響。應該說，按本文建議公式或給出的範圍估算，可以滿足工程需要。 (3)與粘土和砂相比，築壩堆石料的試驗設備和試驗技術方面都存在許多的困難，迄今為止，有關堆石料的動剪切模量和阻尼比方面的試驗資料尚不多見，作者將進一步積累資料做深入地研究。 相關內容 材料在外力作用下發生變形。當外力較小時，產生彈性變形。彈性變形是可逆變形，卸載時，變形消失並恢復原狀。在彈性變形範圍內，其應力與應變之間保持線性函數關係，即服從虎克(Hooke)定律： 彈性模量是表徵晶體中原子間結合力強弱的物理量，故是組織結構不敏感參數。在工程上，彈性模量則是材料剛度的度量。 實際上，理想的彈性體是不存在的，多數工程材料彈性變形時，可能出現加載線與卸載線不重合、應變滯後於應力變化等彈性不完整性。彈性不完整性現象包括包申格效應、彈性後效、彈性滯後和循環韌性等。 對非晶體，甚至對某些多晶體，在較小的應力時，可能會出現粘彈性現象。粘彈性變形是既與時間有關，又具有可恢復的彈性變形，即具有彈性和粘性變形量方面特徵。粘彈性變形是高分子材料的重要力學特性之一。 當施加的應力超過彈性極限時，材料發生塑性變形，即產生不可逆的永久變形。通過塑性變形，不但可使材料獲得預期的外形尺寸，而且可使材料內部組織和性能產生變化。 單晶體塑性變形的兩個基本方式為滑移和孿生。滑移和孿生都是切應變，而且只有當外加切應力分量大於晶體的臨界分切應力tC時才能開始。然而，滑移是不均勻切變，孿生為均勻切變。 對於多晶體而言，要求每個晶粒至少具備由5個獨立的滑移系才能滿足各晶粒在變形過程中相互制約和協調。多晶體中，在室溫下晶界的存在對滑移起阻礙作用，而且實踐證明，多晶體的強度隨其晶粒細化而提高，可用著名的Hall-Petch公式來加以描述 彈簧鋼 金屬彈簧材料種類繁多，大量使用的是彈簧鋼。在選用彈簧鋼進行彈簧設計計算時，要用到材料的切變模量或彈性模量。國內外幾乎所有的設計資料和有關教科書以及GB/T1239．6-92《圓柱螺旋彈簧設計計算》等對金屬彈簧材料的切變模量都以定值給出。但其中的圓柱螺旋彈簧、蝸卷彈簧、非線性特性線螺旋彈簧、多股螺旋彈簧等，如按上述傳統設計資料中給出的切變模量取值，那麼，計算的彈簧變形量與其實際測量的變形量有較大的誤差。現以我廠生產的NYL-2000型壓力試驗機上使用的測力彈簧為例試述如下。 1設計計算的彈簧伸長量與實測伸長量 大、小測力彈簧(由上海中國彈簧廠加工)是普通圓柱螺旋拉伸彈簧。彈簧材料為60Si2MnA，熱處理45∼50HRc。其部分設計參數如表1。 |
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