第九章土的动力性质和压实性(2)

1、土的动力性质和压实性土的动力性质和压实性第九章第九章9.2 砂土和粉土的液化砂土和粉土的液化9.1 土在动荷载作用下的变形和强土在动荷载作用下的变形和强 度性质度性质9.3 土的压实性土的压实性9.1 土在动荷载作用下的变形和强度性质土在动荷载作用下的变形和强度性质一、一、作用于土体的动荷载和土中波作用于土体的动荷载和土中波1、动力荷载基本概念动力荷载基本概念动力荷载：在荷载作用期间，其幅值随时间以某种形式发生动力荷载：在荷载作用期间，其幅值随时间以某种形式发生 变化的荷载变化的荷载2、动力荷载的特点动力荷载的特点（1）只有幅值大小的改变；如：交通荷载只有幅值大小的改变；如：交通荷载（2）除幅

2、值大小变化外，还有频率、方向的改变，成为交变荷除幅值大小变化外，还有频率、方向的改变，成为交变荷载，如：地震荷载载，如：地震荷载3、土中波土中波（1）土中波的概念土中波的概念位于土体表面、内部或基岩的振源所引起的土单元体的动应位于土体表面、内部或基岩的振源所引起的土单元体的动应力、动应变，将以波动的方式在土中传播。力、动应变，将以波动的方式在土中传播。（2）土中波的形式土中波的形式a、纵波纵波 （以拉压应变为主以拉压应变为主）b、横波横波 （以剪应变为主以剪应变为主）c、瑞利波瑞利波 （作用在地表面作用在地表面）二、二、土的动力变形特性土的动力变形特性影响土的动力变形特性的因素影响土的动力变形

3、特性的因素（1）土体周围压力土体周围压力（2）孔隙比孔隙比（3）颗粒组成颗粒组成（4）含水量含水量（5）应力幅值（影响最为显著）应力幅值（影响最为显著）日本阪神地震引起的路面塌陷日本阪神地震引起的路面塌陷9.2 砂土和粉土的液化砂土和粉土的液化一、一、土体液化现象及工程危害土体液化现象及工程危害由于液化引起的河道破坏由于液化引起的河道破坏日本神户日本神户地基液化引起的储油罐地基液化引起的储油罐倾斜倾斜日本神户日本神户桥台基础（地震液化后突出地面桥台基础（地震液化后突出地面）震陷震陷砂土液化造成的灾害的宏观的表现砂土液化造成的灾害的宏观的表现1、喷砂冒水喷砂冒水2、震陷震陷3、滑坡滑坡4、上浮上

4、浮饱和松砂饱和松砂： d dkPakPa随着循环次数的增加，随着循环次数的增加，孔隙水压力接近等于孔隙水压力接近等于初始围压，有效应力初始围压，有效应力等于等于00轴向应变突轴向应变突然加大，土样破坏。然加大，土样破坏。孔隙水压力等于固结孔隙水压力等于固结压力是产生液化的必压力是产生液化的必要条件。要条件。初始围压应力循环次数N应力循环次数N轴向应变孔隙水压力周期荷载下饱和砂土的动强度周期荷载下饱和砂土的动强度周期荷载下饱和砂土的孔压积累与动强度周期荷载下饱和砂土的孔压积累与动强度动应力d应力循环次数 logNu周期荷载下饱和砂土强度用途与循环次数关系周期荷载下饱和砂土强度用途与循环次数关系N

5、v饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高v在瞬间砂土呈液态时间T孔压 U二二. . 饱和松砂的振动液化机理及影响因素饱和松砂的振动液化机理及影响因素1. 1. 液化现象液化现象（1）初始的疏松状态初始的疏松状态（2）振动以后处于悬浮状态振动以后处于悬浮状态 孔压升高（液化）孔压升高（液化）（3）振后处于密实状态振后处于密实状态2. 2. 液化机理液化机理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2. 2. 液化机理液化机理2. 2. 液化机理液化机理2. 2. 液化机理液化机理砾类土：砾类土： 粒径大于粒径大于5mm60%大粒径颗粒处于悬浮状态，大粒径颗粒处于悬浮状态，细颗粒的液化导致整体

6、液化。细颗粒的液化导致整体液化。2. 2. 液化机理液化机理v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。3. 3. 液化定义液化定义v（1）饱和度v（2） 组成v粉细砂： d50 =0.07mm- 1.0mmv砾类土： 粒径大于5mm60%v粉土： Ip=（3-10）Il=0.75-1.0v（3）状态： 相对密度Dr50%v（4）结构v（5）其他： 排水条件、应力状态及历史、地震特性.4. 4. 砂土液化的影响因素砂土液化的影响因素地震强度和持续时间5. 5. 砂土液化的工程防治砂

7、土液化的工程防治v加固地基土：换土、加密（振冲、振动、强夯等）v围封v加固建筑物v深基础与桩基础或全补偿筏板基础、箱型基础等击实击实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密指通过夯打、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实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性击实性击实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特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以最小的能量消耗获得最大的压实密度 击实方法击实方法：室内击实试验室内击实试验现场试验现场试验: : 夯打、振动、碾压夯打、振动、碾压9.3 9.

8、3 土的压实性土的压实性一、击实试验及土的击实特性一、击实试验及土的击实特性( (一一) )室内击实试验室内击实试验 试验设备试验设备 击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤；击实锤w=2.5牛顿牛顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=30cm；击数；击数N=27/ /层层 击实能量击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 试验方法试验方法 对对=const的土；分三层压实；的土；分三层压实； 测定击实后的测定击实后的、，算定，算定d 注意注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪寸的击实仪土土( (二二) )

9、细粒土的击实性细粒土的击实性 1.1.击实曲线击实曲线2.2.理论分析理论分析 3.3.影响因素影响因素4.4.压实标准压实标准1.1.击实曲线击实曲线 特点：特点：具有峰值具有峰值位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 粘性土孔隙很小，压实过程粘性土孔隙很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的实到饱和状态是不可能的。satdd)( 0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1rswsdSdd/1swssatddd1)(1Sr 最大干密度

10、最大干密度最优含水量最优含水量2. 2. 理论分析理论分析 压实机理：压实机理：颗粒被击碎，土粒定向颗粒被击碎，土粒定向排列排列;土粒破碎，粒间联结力土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减被破坏而发生孔隙体积减小小;气被挤出或被压缩等气被挤出或被压缩等水膜润滑作用效果最佳水膜润滑作用效果最佳; ; 尚没有形成封闭气泡，气易于排出尚没有形成封闭气泡，气易于排出; ;颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 水膜润滑作用不明显水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出封闭气泡难以排出;增加水的相对含量增加水的相对含量 op, d dmax op , d op , d9598%95

11、98% 级土石坝级土石坝 9295% 9295% cc不存在最优含水量不存在最优含水量； 在完全风干和饱和两种状态在完全风干和饱和两种状态 下易于击实下易于击实；潮湿状态下潮湿状态下d明显降低明显降低。 ( (三三) ) 粗粒土的击实性粗粒土的击实性 1.1.击实曲线击实曲线特点特点d 20%20%粗砂粗砂 =45%中砂中砂 =7%； 时，干密度最小时，干密度最小 2. 理论分析理论分析 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。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。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。3

12、. 压实标准压实标准 常用相对密度常用相对密度控制控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和 二、现场土的压实二、现场土的压实（一）（一） 分层压实分层压实控制含水量：控制含水量： %2op（二）压实质量（二）压实质量maxddc现场用干密度来控制现场用干密度来控制maxdcd控当当 时，压实质量合格。时，压实质量合格。控dd三、经验公式（细粒土）三、经验公式（细粒土） sopswddd1max经验系数；粘土经验系数；粘土 0.95，粉质粘土，粉质粘土 0.96，粉土，粉土 0.97。 %2popIP12的土，取大值；的土，取大值； IP=912的土，取中间值。的土，取中间值。 路床土压实度要求（公路路基设计规范）路床土压实度要求（公路路基设计规范）填挖类型路面底面以下深度（m）压实度（%）高速公路、一级公路二级公路三级公路、四级公路填方路基00.39695940.30.8969594零填及挖方路基00.39695940.30.89695路堤压实度要求（公路路基设计规范）路堤压实度要求（公路路基设计规范）填挖类型路面底面以下深度（m）压实度（%）高速公