[发明专利]一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土及配制方法

权利要求书

1.一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，以天津场地粉质黏土作为原型土，确定模型土与原型土的加速度相似比及主要相似关系，确定天津地区粉质黏土的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线；

步骤2，对制备好的不同配比的模型土试样进行共振柱试验，得到不同配比模型土的动剪切模量-剪应变试验数据；

步骤3，对步骤2所得不同配比的模型土的动剪切模量-剪应变数据分别进行分析拟合，得到不同配比模型土的动剪切模量比与剪应变的关系曲线以及最大动剪切模量；

步骤4，当得出模型土各材料的较优比例后，设计正交方案并进行共振柱试验；

步骤5，创建Q(γ_r，α)函数、函数，根据函数值判定模型土与原型土的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的相似性；

步骤6，根据函数值，模型土与原型土的加速度相似比选取动力试验用模型土的配制方案；

所述步骤2中，按配比称取锯末、河砂和粉质黏土，将称取的各组分混合均匀制成干燥混合料，加水拌合均匀后放入密封袋存放24h，使含水率均匀分布；试样的规格为39.1mm×80mm，按照土工试验方法标准制样；通过方案设定和试样制备得到土样的含水率和密度；

所述步骤3中，使用origin软件建立Stokoe模型函数，对不同配比的模型土数据采用Stokoe模型拟合得到最大动剪切模量和动剪切模量比-剪应变动力特性曲线；

Stokoe模型：

式中，G为动剪切模量，G_max为最大动剪切模量，γ为动剪应变，γ_r为参考剪应变，α为曲线的曲率系数；

所述步骤4中，正交方案包括以下质量百分比含量的组分：

所述步骤5中，Q(γ_r，α)函数为模型土的n个数据点与对应的原型土在相同剪应变下动剪切模量比之间距离的平方和，其中，剪应变区间为10^-6-10^-2；Q(γ_r，α)函数值越小，说明该方案模型土与原型土动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的偏离程度越小；

所述步骤5中，为综合考虑Stokoe模型所拟合的参考应变γ_r和曲率系数α对曲线相似性的影响，创建并根据函数值判断不同方案的模型土与原型土动剪切模量比-剪应变动力特性曲线的相似性；Q(γ_r，α)函数，函数通过以下表达式进行定义：

式中，为原型土采用Stokoe模型拟合所得的G/G_max值，为各方案模型土采用Stokoe模型拟合所得的G/G_max值，为原型土的参考剪应变，为模型土的参考剪应变，为参考剪应变相似比，S_α为曲率系数相似比，Q为Q(γ_r，α)函数值。

2.根据权利要求1所述的一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土的配制方法，其特征在于，所述步骤1中，根据振动台承载能力参数以及相关模型土研究，确定加速度相似比为3，模型土与原型土需要满足的主要相似关系为：

S_a＝S_G/S_ρS_l

式中，S_a为模型土与原型土的加速度相似比，S_G为模型土与原型土的动剪切模量相似比，S_ρ为模型土与原型土的密度相似比，S_l为模型土与原型土的几何尺寸相似比。

3.根据权利要求1所述的一种模拟天津粉质黏土的动力试验用模型土的配制方法，其特征在于，所述步骤1中，参考天津地区不同深度土层粉质黏土的动剪应变与动剪切模量比的平均值，采用Stokoe模型拟合得到天津地区粉质黏土不同深度土层的动剪切模量比-剪应变动力特性曲线。