土动力学2.ppt

2 起始应力条件上覆有效应力 v 愈大 液化可能性愈小起始固结应力比Kc 1c 3c 0 3c 愈大 抗液化能力愈强 d 2 3c0 5 Kc 1 时 会导致初始液化 动荷条件波型振幅频率持续时间作用方向 波型冲击型波 仅在部分时间内具有相同的最大加速度 在它前只有1 2个峰的振幅超过最大振幅的60 振动波型 在最大振幅的一侧波型内有3个以上的峰 其振幅超过最大振幅的60 冲击型波荷载作用时 孔隙水压力突然增高 振动型波荷载作用时 孔隙水压力逐渐上升 在冲击型波下达到液化的应力比 大于在振动型波下达到液化的应力比 砂土对于液化的抵抗能力在冲击型波作用时最大 振动型波作用时次之 正弦波作用时最小 土的破损效应还取决于应力脉冲的作用顺序 应力路径 较大的应力脉冲 不管它的位置如何 都可产生较大的孔压增量 较小的应力脉冲 当其在大应力之后出现时 会引起与应力脉冲大小不成正比的破坏作用 在大应力之前出现时 将有增大抗液化强度的作用 大波效应 应变和孔压的反应主要取决于大应力脉冲的作用 首波效应 在大脉冲前 中应力脉冲出现愈早 反应愈大 连波效应 在大脉冲后 中应力脉冲相连愈早 反应愈大 缓冲效应 大脉冲在前时 后连的应力脉冲愈小 反应的终值愈小 强化效应 大脉冲在后时 前行的应力脉冲愈小 反应的终值愈小 加速效应 孔压发展较高时 小脉冲的作用会显著地加速变形破坏的进程 振幅和频率 a 4 2f2A 试验表明 只要加速度不变 在低频高幅和高频低幅的不同组合情况下 土的动力反应并没有多大的差别一定密度和应力状态的砂土 在高频率时能够较在低频率时更早地达到动力屈服 频率和临界加速度关系 动荷作用持续时间对砂土液化的发展具有极大的影响 即使动荷的幅值并不很大 但如果振动的时间很长 也可能引起砂土的液化 振动作用方向垂直和水平方向的振动作用对同样试验引起的反应大致相同 但45 方向上的振动作用 能够产生较大的试样变形或较低的抗剪强度 振动方向对抗液化能力影响 Seed 孔压比 循环剪应变和N关系 Seed 循环剪应力比与N关系 Ishihara 排水条件排水条件系指土层的透水程度 排渗路径及排渗边界条件 通常研究地震作用下的液化问题时在不排水条件下进行试验 Y umehara k zeu及k Hamada等人在部分排水条件下进行液化试验 以渗透系数k和渗径L的比值来反映排渗条件 k L 由达西定理得v H 得 总结 易液化的土 细的颗粒 均匀得级配 浑圆的土粒形状 光滑的土粒表面 较低的结构强度 低的密度 高的含水量 较低的渗透性 较差的排水条件 较高的动荷强度 较长的振动持续时间 较小的法向压力 饱和砂土液化可能性估计 研究液化需要解决的问题判别砂土是否液化采取措施预防或减轻液化引起的危害进行下列几方面的评价工作估计液化可能性 估计液化势 估计液化范围估计液化后果判别饱和土体液化可能性有两条途径经验方法试验分析法 试验分析法抗液化剪应力法 剪应力对比法 经验法规范法 临界标贯击数法 临界孔隙比法振动稳定密度法标准爆破沉降量法临界振动加速度法波速法综合指标法静力触探法和统计法 临界孔隙比法 Casagrande 1936 临界孔隙比ecr 剪切破坏时体积不发生改变时的孔隙比 e ecr液化e ecr不液化 振动稳定密度法振动稳定密度 饱和砂土在某一强度的动荷作用下达到体积不变时所相应的一种密度 一定的振稳密度对应于一定的动力强度 饱和砂土实际密度 振稳密度液化饱和砂土实际密度 振稳密度不液化 临界标准贯入击数法 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 设防烈度是6度时 饱和的砂土或粉土 不含黄土 一般情况下可不进行判别和处理 但对液化沉陷敏感的乙类建筑物可按7度的要求进行判别和处理 7 9度时 乙类建筑可按本地区抗震设防烈度的要求进行判别和处理 饱和的砂土或粉土 当符合下列条件之一时 可初步判别为不液化或不考虑液化影响 1 地质年代为第四纪晚更新世 Q3 及其以前时 7 8度时可判为不液化土 2 粉土的粘粒 粒径小于0 005mm的颗粒 含量百分率 七度 八度和九度分别不小于10 13和16时 可判别为不液化土 粘粒含量采用六偏磷酸钠作分散剂测定 3 采用天然地基的建筑 当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时 可不考虑液化影响 du d0 db 2dw d0 db 3du dw 1 5d0 2db 4 5 dw 为地下水位深度 m 可按建筑使用期内或近期内年平均最高水位采用 也可按近期内年最高水位采用 db 为基础埋置深度 m 不超过2m时应采用2m d0 为液化土特征深度 m 可按下表采用 当初步判别认为需进一步进行液化判别时 应采用标准贯入试验判别地面下15m深度范围内的液化 当采用桩基或埋深大于5m的深基础时 尚应判别15 20m范围内土的液化 当饱和土标准贯入击数 未经杆长修正 小于液化判别标准贯入锤击数临界值时 应判为液化土 当有成熟经验时 尚可用其它判别方法 在地面下15m深度范围内 液化判别标准贯入击数临界值可按下式计算 N63 5 为饱和土标准贯入锤击数实测值 未经杆长修正 Ncr 液化判别标准贯入锤击数临界值 N0 为液化判别标准贯入锤击数基准值 应按表9 2采用 dw 为地下水位深度 m 宜按建筑物使用期内年平均最高水位采用 也可按近期内年最高水位采用 ds 为饱和土标准贯入点深度 m c 为粘粒含量百分率 当小于3或为砂土时应采用3 ds 15m 在地面下15 20m深度范围内 液化判别标准贯入击数临界值可按下式计算 注 括号内数值用于设计基本地震加速度为0 15g和0 30g的地区 15 ds 20 对存在液化土层的地基 应探明各液化土层的深度和厚度 并按下式计算每个钻孔的液化指数 划分液化等级液化危害性评价液化指数Wi 层位影响权函数 若判别深度为15m 当该层中点深度不大于5m时 取10 等于15m时取0 中间线性内插 若判别深度为20m 当该层中点深度不大于5m时 取10 等于20m时取0 中间线性内插 液化等级 公路工程抗震设计规范 JTJ004 89 1 初判 当在地面以下20m范围内有饱和砂土或饱和亚砂土层时 可根据下列情况 初步评定是否有可能液化 a 地质年代为第四纪晚更新世 Q3 及其以前时 可判为不液化土 b 基本烈度为七度 八度和九度区 亚砂土的粘粒 粒径小于0 005mm的颗粒 含量百分率 分别不小于10 13和16时 可判别为不液化土 c 基础埋置深度不超过2m的天然地基 可根据图中规定的上覆非液化土层厚度du或地下水位深度dw 评定土层是否考虑液化影响 2 再判Cn 标贯击数修正系数 查规范表N63 5 实测标贯击数 Kh 水平地震系数 查规范表 0 标准贯入点处土的总上覆压力 kPa 0 udw d ds dw e 标准贯入点处土的有效上覆压力 kPa e udw d 10 ds dw u 地下水位以上土的重度 砂土18 0KN m3 亚砂土18 50KN m3 d 地下水位以下土的重度 砂土20 0KN m3 亚砂土20 50KN m3ds 标准贯入点深度 m dw 地下水位深度 m Cv 地震剪应力随深度的折减系数 粘粒含量修正系数 1 0 17 Pc 1 2Pc 粘粒含量百分率 标准贯入击数的修正系数Cn 水平地震系数Kh 地震剪应力随深度的折减系数Cv 当地基内有液化土层时 液化土层的承载力 包括桩侧摩阻力 土抗力 地基系数 内摩擦角和内聚力等 可根据液化抵抗系数Ce予以折减 折减系数 按下表采用 Ce N1 Nc 折减系数 两种规范对比 公路 规范未考虑砂土的相对密实度未考虑液化土层等级的划分 抗液化剪应力法 seed法 包括两个独立的内容 把地震作用看成是一个由基岩垂直向上传播的水平剪切波 在土体内引起随时间变化的地震剪应力 计算土层中各不同深度处由地震引起的剪应力 与时间的关系 即剪应力时程曲线 求出平均的地震剪应力 av 在实验室内用代表性砂样在原位限制压力作用下测定土的液化 或达到某种应变 例如5 10 所需的剪应力 即所谓抗液化剪应力 L 将每一点的平均的地震剪应力 av与抗液化剪应力 L进行比较 av L 则该点就发生液化 av L 则就不发生液化 将各不同深度的 av点绘成沿深度的分布曲线 同样将 L也点绘成沿深度的曲线 即可求出土层内 av L的范围 即定出液化区的范围 1 抗液化剪应力 L可通过动三轴试验 动单剪试验等来测定 2 平均地震剪应力 av与等效周数Neq把不规则变化的地震剪应力简化为一种等效的一定循环次数的均匀剪应力 在图 c 的曲线上来选取 av和Neq 在该曲线上的每点都是等效的 相同的疲劳破坏 都是达到液化或达到指定应变的 例如 5 或10 20 可以选取高的 av和低的循环周数 曲线的高段 也可以选取低的 av和高的循环周数 曲线的低段 设选取某一个 av av R max R是比例系数 确定当采用这个等效均匀应力时对不规则应力曲线需采用的周数Neq的方法 伯尔姆格林一马纳尔 Palmgren Miner 假定 在每一应力循环中所具有的能量对材料都有一种积累的破坏作用 这种破坏作用与该循环中能量的大小成正比 而与实际施加的应力波顺序无关 根据这一假定 可以来求不规则剪应力波中各种应力脉冲对砂土的积累破坏作用 设不规则剪应力波中的某一种周期应力为 i 它引起砂上破坏 液化或达到指定应变 而需要的循环周数可从 d 中求得 为Nif 假设 i这样大小的应力在图 a 的不规则波中的个数为Ni个 则由这Ni个的 i应力对土所产生的相对破坏Di为 不规则波时程曲线上各种大小的应力 i值都可直接算出一Di 根据伯尔姆格林一马纳尔假定 不规则波时程曲线中所有各种应力产生的疲劳破坏为 当Di 1 表示破坏 等效均匀应力 av使土发生破坏 液化或达到指定应变 所需要的均匀循数为Ne 从图 d 可以得知 av应力的Ne次循环与 i应力的Nif次循环是等效的 设等效均匀应力 av应力循环x次引起的相对破坏为 两种效果等效 Di De 得到即 av应力循环次等效于 i应力循环Ni次 对于不规则剪应力时程曲线中的各种大小的剪应力都重复进行这种计算 最后就可求得等效均匀应力 av的等效循环数Neq 等效均匀应力值是随意选定的 但一经选定后 它就只与一个Neq值相对应 在目前分析液化的课题中 规定的Neq常与R 0 65时的应力值相对应 在 av选定之后 Neq与震级或震动的持续时间有关 西特选取 av 0 65 max 液化判断步骤 1 决定土质条件和设计的地震烈度 震级后 确定在这土层中各个同深度处由于地震作用的地面运动所引起的剪应力时程曲线 2 将这些不规则的剪应力时程曲线变换为等效的均匀剪应力时程曲线 求出 av和与之对应的Neq 并画出等效的均匀应力水平随深度面变化的曲线 这样 这个方法就考虑了震动烈度 震级 震动持续时间 以及土层中剪应力随深度的变化 3 用有代表性的土样 在原位的限制压力作用下进行室内试验 根据第2个步骤求出的周数Neq 确定不同深度处引起液化所需的周期剪应力 L 4 比较地震引起的剪应力 av与引起液化所需的剪应力 即抗液化剪应力 L 确定土层中可能液化的区域 av L Seed简化法 一 等效均匀应力与等效循环周数 假设土柱体为刚体 土柱底面上的最大剪应力为 amax 最大地面加速度 土的密度 土柱实际上不是刚体 而是变形体 所以在深度h处用地基反应分析求出的剪应力 max d小于 max r 小于1的折减系数 取 对应于这样大小的均匀应力的循环周数Neq与地震震动持续时间有关 亦即与地震震级有关 可根据地震震级查表取得 二 抗液化剪应力Seed等通过动三轴试验 单剪试验 统计得到相对密度为50 时液化应力比与平均粒径d50之间的关系 单剪和现场的液化应力比为 液化应力 垂直有效压力 室内三轴试验的液化应力比为 三轴试验中的周期偏应力 试样的初始固结压力 现场的液化应力比与室内的液化应力比为 Cr 校正系数 seed k0 0 4时 Cr 0 55 0 72 k0 1时 Cr 1Finn 当相对密度Dr在50 80 时 现场的液化应力比为 利用现场标贯试验的seed简化法 Seed和peacock通过大量震害统