土体的动力特性问题一直是岩土工程领域的重要课题,深入研究土体动力特性的内在机理,对于研究土工建(构)筑物的抗震性能与灾变行为、发展重大工程灾变评价方法与控制技术、实现基础设施的安全服役等具有重大意义。小应变剪切模量是土体动力特性的重要参数之一。实验室测试土体小应变剪切模量的方法大致可以分为三类:静力法、动力法以及波动法。静力法以高精度三轴试验和高精度循环扭剪试验为代表,根据动应力和动应变关系的滞回曲线,求出各项参数指标。动力法以共振柱为代表,通过仪器驱动系统对试样施加不同频率的激振来获取土体的共振(固有)频率,然后根据动力学理论计算土体的剪切模量。波动法以弯曲元为代表,通过测定剪切波在试样中的传播速度,基于弹性波动理论计算土体的剪切模量。静力法在计算动剪切模量时,需假定泊松比不变的情况下进行转换,这与实际情况不符,因此还有待于进一步研究。共振柱法是国际上公认的最可靠的测试土体小应变剪切模量方法。弯曲元法具有原理明确、操作简便、成本经济、无损测试和方便移植等特点,可与现有的绝大部分土工设备相结合,具有良好的应用潜力,但在如何准确的确定剪切波的到达时间方面尚存在一定的争议。本文以干砂为研究对象,基于共振柱仪公认的可靠性,将弯曲元与共振柱仪两种设备相结合,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,利用新改造的设备对弯曲元测试结果进行标定,探求利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的可靠试验方法,并对干砂的小应变动力特性展开了研究,研究内容如下:1.从结构组成和工作原理角度,对弯曲元与共振柱仪进行了介绍,分析了二者在小应变测试方面的优点与不足,阐明了用共振柱标定弯曲元的必要性及理论基础。2.通过将弯曲元植入共振柱仪的试样顶帽与底座的中心处,改造了一套弯曲元—共振柱联合试验仪,实现了利用弯曲元和共振柱对同一个试样开展试验,并设计了一个标定垫片,解决了带有弯曲元的共振柱仪标定问题。3.以粒径范围为0.075mm~1mm的福建标准砂为研究对象,基于弯曲元设备,研究了剪切波激发频率对接收波信号质量的影响,以及三轴样品边界条件对剪切波测试结果的影响。4.基于弯曲元—共振柱联合试验仪,对干砂试样开展试验,验证了采用初达波法确定弯曲元剪切波传播时间的可靠性,并得出以接收波主峰(即振幅最大峰)的前一个峰的起跳点位置作为接收波的初始到达位置最为准确,即与共振柱试验标定值最为接近。通过粒径范围为1~2mm的福建标准砂干砂试样、2mm直径正圆玻璃珠以及1mm直径正圆小钢珠的弯曲元—共振柱联合试验,验证了该方法对于不同级配、不同材质以及不同颗粒形状的干试样具有普遍适用性。针对利用弯曲元测定土体小应变剪切模量的试验方法,从频率和边界的选择以及剪切波传播时间判定等方面提出了合理化建议。5.利用改造的新设备,对干砂的动力特性展开研究,结果发现:福建标准砂干砂最大剪切模量的变化与有效围压、相对密实度的变化均成正相关关系,与相对密实度相比,有效围压对最大剪切模量的影响更大;在同一相对密实度与有效围压下,剪切模量与动应变幅值的变化关系符合斜率为负值的线性函数,动应变幅值变化对剪切模量的影响程度会随着有效围压的升高而降低;此外阻尼比的变化与有效围压的变化成负相关关系,在同一相对密实度且同一有效围压下,阻尼比与动应变幅值的变化关系符合斜率为正值的线性函数,随着有效围压的升高阻尼比对有效围压的变化逐渐不敏感。此外低有效围压下阻尼比对动应变幅值的敏感性要高于高有效围压时。