小研近海岸海洋土的等效动剪切模量和等效阻尼分析

1 引言

全球的海运港口、海峡航运航道、海洋石油储量和海上采油井都位于海岸海洋，对于海岸海洋的研究就越来越受到人们的重视。然而这些海洋工程建筑物除受静荷载作用之外，还会受到风，浪，地震等荷载的作用，分布在近岸海洋土表层的土，如淤泥、粘土、粉质粘土、砂土和其下地基土，如残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩等，土在动荷载作用下将会发生震动弱化，易使建筑物发生滑移和沉降等变形。因此，在进行海洋工程建筑物的地基设计计算中，应对地基进行动力稳定性分析，土的动剪切模量比和阻尼比是土动力稳定分析中两个必不可少的重要参数。对于这两个参数的选择是否符合实际情况对计算结果的可靠性有重要影响，也直接关系到工程结构的安全性和经济性。

所以本文基于我国东部部分沿海地区（如唐山市唐海县附近的曹妃甸，江苏南通的如东，福建省沿海的宁德和福清，以及珠江三角洲地区的台山，阳江等）的实际工程资料，分析得出海岸海洋土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变幅值γ变化的平均曲线、包络线及其参数的推荐值，供实际工程参考借鉴。

2 最大动剪切模量的确定等效

线性粘-弹性模型(Hardin-Drnevich 模型)以线性粘-弹性理论为基础，同时考虑了土体的非线性性质，在地震工程中得到普遍应用。Gmax 为最大动剪切模量，可用1/Gmax与动剪应变幅γ 在纵轴上的截距的倒数求得，这主要是基于动应力～应变关系符合双曲线模型的假定。但是实际的试验曲线往往不满足这一假定，所以，本文确定最大动剪切模量Gmax 时，按实际的回归曲线上动剪应变幅为10-6 对应的等效动剪切模量作为最大动剪切模量Gmax。

3 土类的性质指标本文研究的土类

为我国东部沿海地区（唐山市唐海县附近的曹妃甸，江苏南通的如东，福建省沿海的宁德和福清，以及珠江三角洲地区的台山，阳江等）的淤泥，粘土，粉质粘土，砂土，残积土，全风化花岗岩，强风化花岗岩等。

4 试验资料统计

4.1 动剪切模量比随剪应变幅值γ变化曲线图

4.1.1 给出本文所研究的

我们东部海岸地区土类的归一化等效动剪切模量比随剪应变幅值γ变化曲线。由图可见，不论土类，还是区域的不同，土的应力-应变关系都显示出非线性和滞后性的一般规律。一般而言，归一化等效动剪切模量随动剪应变幅的增大而衰减的程度，主要受围压的影响，即随着围压的降低衰减加快。本文所研究的土类也有类似的结论。且可以看出，归一化的等效动剪切模量随动剪应变幅的变化也与区域有关。同一种土类在不同的区域其大小也是有差别的。通过比较，发现阳江地区的动模量值偏大，尤其是阳江地区的淤泥质土和宁德地区的淤泥质土的数值明显高于其他地区及其他土类。但是总体而言，不同地区的海岸海洋土还是比较集中的分布在一条窄条带内，归一化的等效动剪切模量相差不大。

按土类划分，将不同地区的相同土类集中研究。 动剪切模量与动剪应变的关系取值范围。由图像得到淤泥质土的值最大，在其他土类的上部。而砂土的范围比较大，其包络线包含了粉质粘土，淤泥，全风化花岗岩以及互层土。其中粉质粘土（与粘土相同）的上下包络线紧靠砂土包络线内侧，而淤泥则比较集中靠近粉质粘土的上包络线附近。全风化的包络线与淤泥比较相近，交叉在淤泥的两侧。互层土的上包络线在淤泥附近，下包络线基本与砂土重合。残积土的上包络线与砂土上包络线很近，而下包络线则在淤泥的附近。不同土类的包络线范围也体现了相应土类的归一化等效动剪切模量集中范围。

4.1.3 中所有海岸海洋土土类的平均线再做处理，建议了一般海岸海洋土类归一化等效动剪切模量与动剪应变关系的平均线和包络线取值范围。

4.2 阻尼比随剪应变幅值γ变化曲线图

4.2.1 给出本文所研究的我们

东部海岸地区土类的等效阻尼比随剪应变幅值γ变化曲线。相关研究表明[2]，动剪切模量越高阻尼比就越低，等效阻尼比随动剪应变幅的增大而增大，随围压的增大而减小。本文研究结果也进一步证实上述结论。 比较发现等效阻尼比随动剪应变幅的变化比归一化的等效动剪切模量随动剪应变幅的变化离散度大。随着动剪应变幅的增大，阻尼比上升也越快，表明土类进入较强的非线性，应变滞后于应力的现象更明显。

所有地区土按土类进行划分，得出图4.2.2 各种土类等效阻尼比与动剪应变的关系包络线范围。比较不同土类的取值范围，发现粘土和淤泥的上包络线比较靠近，而粘土的下包络线较低。残积土与互层土的取值范围集中在淤泥上下包络线内，而砂土的等效阻尼比取值范围较低，其上包络线与淤泥及粘土的下包络线比较接近。

不同地区的土类（淤泥，淤泥质土，粉质粘土，粘土，粉土，砂土，粉质粘土互粉砂，残积土，全风化花岗岩，强风化花岗岩）等效阻尼比的平均线集中体。可以看出等效阻尼比由高到低大致为强风化，全分化，残积土，淤泥，粘土，互层土，粉质粘土，粉土，砂土，最后是淤泥质土。当动剪应变在 时，以上土类的h%比为2.08：1.85：1.68：

5 与国内外统计数据的比较

至今国内外已有很多学者对不同地区各类土的动剪切模量和阻尼比进行了大量的试验研究，得出了很多有价值的成果。

袁晓铭等人对来自北京、上海等全国十几个不同地区的粘土，粉质粘土，粉土，砂土等的研究以及陈国兴和陈继华等人根据来自长江下游15 个城市七类新近沉积土试验得出了土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变幅值γ变化的平均曲线、包络线及其参数的推荐值。与本文的区别在于以上的土类均来自内陆地区。通过比较可以看出，本文所研究的近海岸海洋土的动剪切模量与阻尼比稍大。由此可以得出，在海岸地区土类的动剪切模量和阻尼比要略大于内陆地区相同名称的土类。

张效龙等人对天津滨海滩涂淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉砂的最大剪切模量、动剪切模量与阻尼比随剪应变的变化关系进行了分析。其选取的土样均来自海岸海洋土类。比较而言，本文所得到的土样动剪切模量比和阻尼比较其大些，其原因是所选土样的区域不同，参数确定方法不同。

孙静等人将国内学者费涵昌、蒋寿田、祝龙根、徐存森、袁晓铭等以及国外诸多学者分别对不同地区各类土动剪模量和阻尼比的资料进行了整理分析。本文所研究的粘土和砂土的数值与文献中所整理分析的数值比较接近。当动剪应变为，本文的动剪切模量数据略大，随着动剪应变的增大，本文的数据与文献中的差距较小。

综上，由于不同学者对所选土样的来源，种类，试验的手段，分析数据的方法的不同以及土本身的复杂性和离散性，所给出的G/Gmax -γ和D -γ关系曲线存在差异也是必然的。

但是本文在我国东部沿海地区大量的工程实际资料基础上，得出的不同土类的归一化的等效动剪切模量和阻尼比随动剪应变幅变化曲线具有较大的可信度和参考价值的。

6 结论

（1）土类在不同区域的归一化的等效动剪切模量和阻尼比随动剪应变幅的变化曲线是有差别的；但不同区域海岸海洋土归一化的等效动剪切模量和阻尼比随动剪应变幅的变化曲线还是比较集中的。本文给出了一般海岸海洋土归一化等效动剪切模量及阻尼比与动剪应变依赖关系的取值范围及推荐值，并比较了不同土类归一化等效动剪切模量及阻尼比的取值范围及大小关系。本医学论文来源于医学论文发表网，

（2）通过与他人研究结果比较发现，海岸地区土类的动剪切模量和阻尼比要略大于内陆地区相同名称的土类。本文的归一化的等效动剪切模量和等效阻尼比在数值上与其他关于海岸海洋土研究的结果还是有一定的差异的，但是总体差别不大。综合数据本身不可避免的差异性，以及本文所基于的大量工程实际资料的前提，笔者所得出的归一化的等效动剪切模量和阻尼比随动剪应变幅变化曲线可供实际工程参考借鉴。