动剪切模量和阻尼比作为土动力特性的重要参数,是土动力计算和场地地震安全性评价中不可或缺的内容(蔡辉腾等,2009)。历次地震的震害调查表明,土的动力学特性对震害有明显的影响,土层的共振、滤波、放大效应已受到岩土工程界的普遍重视(孙静等,2004)。这两个参数的选择是否合理,将直接影响到工程结构的安全性和经济性。

国内很多学者针对土的动剪切模量比和阻尼比进行了大量的试验研究,并取得了一些较为有价值的研究成果。祝龙根和吴晓峰(1988)用Dmevich共振柱仪提出了低幅剪应变条件下福建饱和标准砂样的G/G_max-γ_d和λ-γ_d经验公式; 中国地震局1994年颁布的《中华人民共和国地震行业标准工程场地地震安全性评价工作规范》(DB001-94)也给出了砂土G/G_max-γ_d和λ-γ_d关系的推荐值; 袁晓铭等(2000)利用改造后的共振柱仪,对来自全国中东部十几个地区的常规土类进行了大量试验,给出2种固结压力下典型土类G/G_max-γ_d和λ-γ_d关系的推荐值(本文简称“推荐值”,见表3),分别适用于土体埋深小于10 m和10～20 m两种情况。上述研究成果为合理计算土层的地震反应提供了一定帮助。

山东省东营市地处黄河三角洲平原中北部,黄河故道及挑河以西。在微地貌类型上属黄河三角洲平原的泛滥平原或决口扇,其覆盖土层主要受冰期—间冰期所引起的海平面变化及黄河的影响,形成了一套以灰黄、灰黑色的粉土、粘质砂土、粉质粘土、粘土等为主海陆交互相沉积,沉积厚度约300 m。东营市区土层除表层土外,总体上可分为两大类:一类为全新统的沉积土,为黄河多次泛滥而沉积的黄泛冲积土,主要土层为软—流塑(局部可塑)的粘性土和稍密—中密的粉土组成,局部为粉土和粘土互层; 另一类为上更新统的沉积土,主要土层由可塑—硬塑的粘土和中密—密实的粉土组成。考虑仪器性能及钻探影响,本文选取土样的取样范围在研究区全新统及上更新统上部,以粉质黏土、粘土、粉土为主。

根据工程需要和山东东营地区的岩土特点,本文对所采集的该地区具有代表性的岩土动三轴数据进行统计分析,给出了东营地区典型土类的动剪切模量比和阻尼比随动剪应变的递变关系值(本文简称“典型值”),并将推荐值与典型值做对比、讨论,为该地区建设工程地震安全性评价等工作提供参考。

(1)本文以东营市区土层资料为根据,统计分析了东营地区3.0～57.3 m各层典型土类粘土、粉质粘土和粉土动剪切模量比G/G_max以及阻尼比λ随剪应变γ_d的递变关系。统计结果表明,山东东营地区的土动力特性符合滞后性的一般规律。动剪切模量比 G/G_max随剪应变γ_d的增大而下降,其下降的幅度与有效围压的大小有关。在应变水平相同的情况下,动剪切模量比G/G_max随剪应变γ_d的增大而下降的幅度越小。

(2)在相同应变条件下,本次研究给出的典型值与袁晓明等(2000)给出的典型值具有一定的差异性。由于本次研究是根据山东省东营市本地区土样的土性差异分层做的试验,相较于推荐值更具有针对性。本次统计样本数量较多、分布范围较广,避免了偶然性带来的误差,故统计结果具有一定的代表性和适用性,更适用于东营地区的各类工程。

(3)本次试验采用动三轴仪,在大应变范围内给出土的动剪切模量比及阻尼比值,对山东省东营地区动三轴试验数据仍具有相当重要的实践意义。但是,由于山东东营地区土层的沉积条件相对复杂,试验结果存在一定的离散性,因此,对该地区的重大工程建设地震安全性评价,一般应通过土的动力特性试验给出该工程场地典型土的G/G_max-γ_d和λ-γ_d曲线的代表值,以确保场地地震效应分析结果的可靠性。