【摘 要】
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南海位于我国领土的最南端,蕴藏着极其丰富的石油、天然气及生物资源。当前我国“一带一路”建设如火如荼,南海相关海域的资源开发和岛礁建设刻不容缓,这对于维护我国海洋领
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南海位于我国领土的最南端,蕴藏着极其丰富的石油、天然气及生物资源。当前我国“一带一路”建设如火如荼,南海相关海域的资源开发和岛礁建设刻不容缓,这对于维护我国海洋领土完整也具有重大战略性意义。我国在南海海域以吹填的方式建设了一系列岛礁,并且修建了民用、军用等基础设施,其中钙质砂是南海岛礁建设的主要吹填材料。作为南海吹填岛礁上各种结构物的重要地基填筑材料,深入研究南海钙质砂的动力特性具有重要的工程实际意义。动剪切模量和阻尼比是土体动力特性研究中最基本、最主要的两个参量,其值的准确性和合理性直接关系到地震动分析结果的可靠性。本文通过开展共振柱实验,调查研究围压、相对密度、不均匀系数、平均粒径等因素对南海钙质砂动剪切模量和阻尼比的影响。并通过数据分析和计算建立适合我国南海钙质砂的最大动剪切模量Gmax经验公式。最后分析对比不同粘弹性动力本构模型对南海钙质砂的适用性,给出我国南海钙质砂动剪切模量比和阻尼比在典型应变值下的推荐值及其上下包络曲线,并进行不同土体动剪切模量比和阻尼比变化范围对比。主要结论与成果如下:(1)南海钙质砂动剪切模量G随着围压、相对密度、不均匀系数、平均粒径的增加而增加;围压增加,动剪切模量比G/Gmax增加,但相对密度增加,动剪切模量比G/Gmax反而减少,不均匀系数和平均粒径与动剪切模量比G/Gmax无关;围压增加,试样阻尼比l反而减少,相对密度增加,试样阻尼比l增加,不均匀系数和平均粒径与试样阻尼比l无关。(2)无论在什么实验条件下,钙质砂试样的动剪切模量G和动剪切模量比G/Gmax都随着剪应变的增加而减少;试样的阻尼比l都随着剪应变的增加而增加,但前期阻尼比增长较快,后期增长相对变慢,阻尼比剪应变变化临界值大约为5E-5。(3)南海钙质砂最大动剪切模量Gmax随着围压、不均匀系数和平均粒径的增加而增加,随着孔隙比的增加而减小(随着相对密度的增加而增加),其中围压对南海钙质砂最大动剪切模量Gmax的影响最大。(4)建立以围压、孔隙比、不均匀系数和平均粒径为变量的南海钙质砂最大动剪切模量Gmax经验公式:(?)通过数据分析,此经验公式对南海钙质砂最大动剪切模量Gmax值具有良好的预测性,对于其它不同类型钙质砂Gmax值的预测也具有较好的普适性,预测误差基本不超过20%,在工程实际接受范围内。(5)应用修正H-D动本构模型拟合南海钙质砂共振柱实验数据,得到我国南海钙质砂动剪切模量比和阻尼比在典型应变值下的推荐值及其上下包络曲线范围,并将南海钙质砂与其它不同土体进行动剪切模量比和阻尼比变化范围对比,发现我国南海钙质砂动剪切模量比G/Gmax相比于砾石、Toyoura砂等陆源砂衰减更慢,阻尼比的增长速率要低于砾石、Toyoura砂等陆源砂。
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