專利名稱：一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種簡易、有效的測定土的阻尼比的方法，尤其涉及一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法。
背景技術(shù)：
阻尼作為一切物體固有的動力特性，用來描述物體在振動過程中能量的損耗，阻尼的存在，使得物體的動能不可逆地逐漸轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，因此它是影響物體動力反應(yīng)的重要因素之一。在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)問題中，彈性體系的材料阻尼一般都很小，阻尼比的值常在10%以下，且多為5%左右，因此，在地震衰減分析計算中，常把土層作為一種彈性體，土阻尼比的經(jīng)驗值常取0.05，顯然，土的阻尼比的值不是一個定值，它會隨著相關(guān)參數(shù)的變化而變化；此外，土的種類很多，如砂土、粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、黃土、凍土等不同種類的土的阻尼比也存在差異。因此，土阻尼比變化規(guī)律的研究一直是大家所密切關(guān)心的重大課題。傳統(tǒng)的測試土阻尼比的儀器主要采用動三軸儀和共振柱儀。共振柱試驗的原理是在一個圓柱形試樣上進行振動，通過激振系統(tǒng)，使試樣發(fā)生振動,通過調(diào)節(jié)激振頻率,使試樣發(fā)生共振，從而確定彈性波在試樣中傳播的速度，計算出試樣的阻尼比等相關(guān)參數(shù)。共振柱主要測試小應(yīng)變(10_6至10_4)條件下試樣的阻尼比。動三軸儀實驗是在靜力三軸試驗的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，通過對試樣施加模擬的動主應(yīng)力，測試試樣在承受動荷載作用時的動態(tài)反應(yīng)。這種反應(yīng)是多方面的，最基本和最主要的是動應(yīng)力(或動主應(yīng)力)與相應(yīng)的動應(yīng)變的關(guān)系，動應(yīng)力與相應(yīng)的孔隙水壓力的變化關(guān)系。根據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變和孔隙水壓力這三種指標的相對關(guān)系，可以推求出土樣的阻尼比等相關(guān)參數(shù)。動三軸儀主要測試大應(yīng)變(10_4到10_2)條件下試樣的阻尼比。盡管傳統(tǒng)的土工試驗在測試土體阻尼做了些工作，但是其測試過程復(fù)雜，測試成本較高，測試結(jié)果較離散且粗糙，溫度、濕度、密度、激振頻率等參數(shù)的調(diào)控受限，所以，在巖土工程中，急需一種簡便的、有效的、低成本的測試方法用來測試土體的阻尼比和變參數(shù)系統(tǒng)研究土阻尼規(guī)律的實驗手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，此方法具有簡易、有效、低成本等優(yōu)點。本發(fā)明的一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，其特征是用塑料盒土結(jié)構(gòu)借助動態(tài)熱機械分析儀(DMA)實驗測試其盒土結(jié)構(gòu)及空盒的阻尼損耗因子，并利用有限元軟件理論計算其土與盒各自的應(yīng)變能，從而反推求出土的阻尼比，得到一種新的簡便的土阻尼測試方法和變參數(shù)系統(tǒng)研究土阻尼規(guī)律的實驗手段。此方法實施分3步:1.用動態(tài)熱機械分析儀(型號DMA-Q800)分別測試空盒的損耗因子和裝滿被測土的盒土結(jié)構(gòu)的損耗因子。
2.用有限元分析軟件(ANSYS)模擬盒土的儀器測試條件，并計算出土的應(yīng)變能、盒的應(yīng)變能和總應(yīng)變能。3.根據(jù)結(jié)構(gòu)能量耗散守恒關(guān)系反推計算得到土的阻尼比。其特征在于所用裝土小盒為透明的聚丙烯(PP)塑料薄片(厚度0.1mm 0.5mm)制成，上蓋盒恰好把裝土的下盒從外部套蓋住并用透明膠帶紙沿下周固定粘上，空盒在振動載荷下的應(yīng)變能與所裝土的應(yīng)變能同數(shù)量級，土的密度和濕度可人為變化。所述的借助動態(tài)熱機械分析儀(DMA)實驗測試其盒土結(jié)構(gòu)及空盒的阻尼損耗因子，主要是利用DMA的振動加載頻率調(diào)控、懸臂梁夾持、高溫及低溫的溫度調(diào)節(jié)與控制和阻尼值的溫頻曲線測定等功能測定土阻尼比及其參數(shù)影響規(guī)律。該方法適合于砂土、粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、黃土、凍土等不同種類土的阻尼比的測定，也可用于河沙的阻尼比測定，解決了具有分散顆粒特征的土的阻尼精確測試難題，同時也為僅能測試整塊固體阻尼特性的動態(tài)熱機械分析儀開拓了應(yīng)用范圍。本發(fā)明的技術(shù)效果是:到一種新的簡便的土阻尼測試方法和變參數(shù)系統(tǒng)研究土阻尼規(guī)律的實驗手段，尤其是還可得到在不同低溫下凍土的阻尼特性規(guī)律，從而可為地震及建筑地基的阻尼分析提供有效數(shù)據(jù)。


圖1 DMA測試空盒的阻尼損耗因子。圖2 DMA測試盒-土的阻尼損耗因子。圖3空盒、土、盒土的阻尼參數(shù)變化圖。
具體實施例試驗盒子采用的是透明的聚丙烯(PP)塑料，盒子的外尺寸40mmX 15mmX 5mm,其他參數(shù)見表I所示:
權(quán)利要求
1.一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，其特征是用塑料盒土結(jié)構(gòu)借助動態(tài)熱機械分析儀(DMA)實驗測試其盒土結(jié)構(gòu)及空盒的阻尼損耗因子，并利用有限元軟件理論計算其土與盒各自的應(yīng)變能，從而反推求出土的阻尼比，得到一種新的簡便的土阻尼測試方法和變參數(shù)系統(tǒng)研究土阻尼規(guī)律的實驗手段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，其特征在于所用裝土小盒為透明的聚丙烯(PP)塑料薄片制成，薄片厚度0.1mm 0.5mm，上蓋盒恰好把裝土的下盒從外部套蓋住并用透明膠帶紙沿下周固定粘上，空盒在振動載荷下的應(yīng)變能與所裝土的應(yīng)變能同數(shù)量級，土的密度和濕度可人為變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，其特征在于所述的借助動態(tài)熱機械分析儀(DMA)實驗測試其盒土結(jié)構(gòu)及空盒的阻尼損耗因子，主要是利用DMA的振動加載頻率調(diào)控、懸臂梁夾持、高溫及低溫的溫度調(diào)節(jié)與控制和阻尼值的溫頻曲線測定等功能測定土阻尼比及其參數(shù)影響規(guī)律。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法，其特征在于該方法適合于砂土、粘土、粉土、粉質(zhì)粘土、黃土、凍土等不同種類土的阻尼比的測定，也可用于河沙的阻尼比測定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用盒土結(jié)構(gòu)測試與應(yīng)變能計算相結(jié)合獲得土阻尼比的方法。其特征是利用塑料盒土結(jié)構(gòu)建立一種簡易、有效的測定土的阻尼比的方法，即構(gòu)想用盒土結(jié)構(gòu)借助動態(tài)熱機械分析儀(DMA)實驗測試其盒土結(jié)構(gòu)及空盒的阻尼損耗因子，并利用有限元軟件理論計算其土與盒各自的應(yīng)變能，從而反推求出土的阻尼比，得到一種新的簡便的土阻尼測試方法和變參數(shù)系統(tǒng)研究土阻尼規(guī)律的實驗手段，尤其是還可得到在不同低溫下凍土的阻尼特性規(guī)律，從而可為地震及建筑地基的阻尼分析提供有效數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N33/24GK103149338SQ201310019199
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月19日
發(fā)明者李明俊, 申權(quán), 徐泳文, 葉皓, 王亞南 申請人:南昌航空大學(xué)