土的动力特征-文档资料

,第十章土的动力特征,10.1概述10.2土的压实性10.3土的振动液化10.4周期荷载下土的强度和变形特征10.5土的动力特征参数简介,10.1概述,在土木工程建设中，土体经常会遇到天然振源的地震、波浪、风或人工振源的车辆、爆炸、打桩、强夯、动力机器基础等引起的动荷载作用。在动荷载作用下，土的强度和变形特性都将受到影响。动荷载可能造成土体的破坏，必须加以充分重视；动荷载可被利用改善不良土体的性质，如地基处理中的爆炸法、强夯法等。,10.1概述,图10.1动荷载的类型(a)冲击荷载；(b)不规则荷载；(c)周期荷载,压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性,压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法：,室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压,10.2土的压实性,10.2土的压实性,一.室内击实试验,二.细粒土的压实性,三.粗粒土的压实性,一.室内击实试验,试验设备击实筒V=997cm3；击实锤m=2.5kg；锤底直径d=5cm试验条件土样分层n=3层；落高h=30cm；击数N=27/层击实能量,试验方法对=cosnst的土；分三层压实；测定击实后的、，算定d,注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,土,10.2土的压实性,公路土工试验规程,教材：DL/T5355-2006和GB-T50123-1999,二.细粒土的压实性,1.击实曲线,2.理论分析,3.影响因素,4.压实标准,10.2土的压实性,1.击实曲线,特点：具有峰值位于饱和曲线之下,粘性土渗透系数K很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。,0481216202428含水量w(%),饱和曲线,dmax=1.86,wop=12.1,最大干密度最优含水量,10.2土的压实性,2.理论分析,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;气被挤出或被压缩等,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,孔压力升高显著，抵消部分击实功;形成封闭气泡和水难以排出;,op,ddmax,93%、级土石坝Dc9598%级土石坝Dc9295%,10.2土的压实性,不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态下易于击实；潮湿状态下d明显降低。,三.粗粒土的压实性,1.击实曲线,特点,2.理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3.压实标准,常用相对密度控制Dr0.70.75施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,10.2土的压实性,6.6土的动强度与砂土的振动液化,10.3土的振动液化,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高在瞬间砂土呈液态,时间T,孔压U,一.饱和松砂的振动液化,1.液化现象,10.3土的振动液化,10.3土的振动液化,日本阪神地震引起的路面塌陷,10.3土的振动液化,由于液化引起的河道破坏日本神户,10.3土的振动液化,阪神地震中新干线的倾覆,10.3土的振动液化,地基液化引起的储油罐倾斜日本神户,10.3土的振动液化,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,10.3土的振动液化,桩基础（房屋基础露出地面）,10.3土的振动液化,一.饱和松砂的振动液化,2.液化机理,10.3土的振动液化,振前砂土结构,振中颗粒悬浮，有效应力为零,振后砂土变密实,一.饱和松砂的振动液化,2.液化机理,10.3土的振动液化,一.饱和松砂的振动液化,2.液化机理,10.3土的振动液化,一.饱和松砂的振动液化,2.液化机理,10.3土的振动液化,在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水压力等于总应力时，有效应力为零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为液化现象。,一.饱和松砂的振动液化,3.液化定义,10.3土的振动液化,4.1土类4.2土的密度相对密度Dr60%4.3土的初始应力状态,一.饱和松砂的振动液化,4.砂土液化的影响因素（228页）,5.地基液化判别与防治（230页）,10.3土的振动液化,10.4周期荷载下的土的强度和变形特征,一是具有时间性，通常在10s以内应作为动力问题；二是荷载的反复性(加卸荷)或周期性(荷载变向)。由于动荷载的这两个特性，使得土在动荷载作用下，其力学性质与静荷载作用时相比有很大差异。,动荷载特性,10.4周期荷载下的土的强度和变形特征,此图反映了荷载作用次数对土强度的影响。动荷载反复作用次数越少，动强度越高，随着次数的增加，土的强度逐渐降低，当反复作用100次(压实黏性土)或50次(饱和软黏土)时，动强度已接近或低于静强度，若次数再增加，则低于静强度。,10.4周期荷载下的土的强度和变形特征,土的动强度可以用数种动力试验方法确定。根据试验的加荷方式，动力试验方法可分为四种类型，如图10-18所示。,(a)单调加载；(b)单调循环加载；(c)循环单调加载；(d)单调增加循环加载,10.4周期荷载下的土的强度和变形特征,图10-19反映了反复荷载作用下土的变形特性。由图可知，应变随作用次数的增加而增加、随动应力与竖向应力之比d/z值的增加而增加。,10.4周期荷载下的土的强度和变形特征,动荷载的加荷速度，对土的强度与变形也将产生影响。如图10-20所示，加荷速度越慢，其强度越低，但承受的应变范围越大。,10.5土的动力特征参数简介,土的动力特征参数包括：动弹性模量或动剪切模量、阻尼比或衰减系数、动强度或液化周期剪应力以及振动孔隙水压力增长规律等。其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力特征的两个主要参数，本节简介这两个动力特征参数。,动力特征参数,10.5土的动力特征参数简介,动剪切模量,土的动剪切模量Gd是指产生单位动剪应变时所需要的动剪应力，即动剪应力d与动剪应变d之比值:,Gd=d/d(10-8),10.5土的动力特征参数简介,阻尼比,土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于黏滞摩擦作用而有一定的能量损失，这种现象称为阻尼，也称黏滞阻尼。在自由振动中，阻尼表现为质点的振幅随振次而逐渐衰减。在强迫振动中，则表现为应变滞后于应力而形成滞回圈。土的阻尼比是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。由物理学可知，非弹性体对振动波的传播有阻尼作用，这种阻尼力作用与振动的速度成正比关系，比例系数即为阻尼系数，使非弹性体产生振动过渡到不产生振动时的阻尼系数，称为临界阻尼系数。阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。地基或土工建筑物振动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，另一类是材料阻尼