第9章土在动荷载作用下的力学性质

1、第9章 土在动荷载作用下的力学性质 9.19.1 土土的压实性的压实性一、土的压实性路基、桥台、挡土墙、埋设的管道及建筑物的室内地坪下等均需要回填土；土体经挖掘、搬运后，原状结构已被破坏，强度大大降低；为了保证填土的强度，土体要压实；这里所说的压实是指用人工或机械对土体施以能量，使土颗粒重新排列，得以密实。土的压实也同样可以用于软土地基的处理上，如重锤夯实、强夯等。如何用较小的能量、将土压的最密实，是我们要探讨的问题二、击二、击实实试验与土的压实性试验与土的压实性1.击实试验击实试验是研究土体压实性能最基本的室内试验方法。它的过程是对一定数量的土体重复的施加一定的机械能使土体变密。所用的仪器称

2、为击实仪，由击实筒和击实锤组成。试验时，将含水量 为定值的土样分次装入击实筒内，摊平表面后，用锤按预定的次数、在规定的落距下击实。根据被击实后土体的体积和重量算出或测出其容重，并测出其含水量、算出其干容重。 9.19.1 土土的压实性的压实性 试验设备 击实筒V=1000cm3；击实锤w=25N 试验条件 土样分层n=3层；落高d=30cm；击数N=27/层 击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 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据此得到该土在该能量作用下的干容重和与其对应的含水量值，在d坐标系中

3、就可以确定一个点。同一种土改变其含水量后，按前述条件重复试验，即可得到另一个点。依此类推，即可得到一系列的数据点。 9.19.1 土土的压实性的压实性在d坐标系中，描点、连线，即可得到与d之间的关系曲线，称为击实曲线。 dmaxOP曲线上最高点对应的含水量称为最佳（优）含水量，为什么击实效果与土的含水量有关呢？在一定的夯击能量下，土体最容易密实，并能达到最大密实程度时的含水量称为最佳含水量，记为OP，相对应的干容重称为最大干容重，记为dmax。含水量较低时，随着水份增加，土粒表面结合水膜逐渐变厚，土颗粒间的距离逐渐加大，且土中水对土粒间的摩擦具有润滑作用，所以随着含水量增加，击实效果越来越好最

4、优含水量可以这样定义：d0 9.19.1 土土的压实性的压实性含水量较高时，孔隙中积聚了较多的水份，土体挤密时需要排水，排水需要消耗能量；因而压密效果下降。一般情况下，土的最佳含水量约与土的塑限含水量相当，工程上可以在OP附近取值，即OP wp ，实验室内配制土样时，一般配成5种含水量的土，pw%2pOPw%2pOPw%4pOPw%4pOPw注意：最佳含水量的前提是夯击能量一定，它是在夯击能量为一个的前提下得到的，不同的夯击能量，对应着不同的最佳含水量；一般情况下，最佳含水量随夯击能量的增加而下降，工地上，当压实效果不理想时，可通过增大夯实能量的办法来解决；如减少虚铺土层的厚度、增加碾压遍数等

5、。 9.19.1 土土的压实性的压实性压实系数 工地碾压时要求达到的干容重，dmaxd 室内试验得到的最大干容重，压实系数越接近于1，压实质量就越高，重要工程、高等级公路路基上层或建筑物、构筑物的主要持力层，其K值应高一些，一般可取0.96、0.97，甚至0.98（如机场跑道），路基下层或次要工程，K值可稍小一些，一般可取0.95 0.90； 9.19.1 土土的压实性的压实性cdd m a x（ 1 1 - 1 ）a. a. 击实功能击实功能d 50 N30 N10 Nopd,maxE,存在一个上界d,E,const b. b. 土的级配土的级配 d 321constE 越小。越大，级配越好

6、，其maxopdc. c. 击实方式击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适 const d d E 9.29.2 土土的压实的压实性影响因素性影响因素 9.39.3 土在动荷作用下的力学性质土在动荷作用下的力学性质反复荷载作用下的强度特征前面探讨的均为恒荷载或永久荷载，一般作用时间均在10s以上，均属静力问题。而车辆的行驶、风力、波浪、地震等荷载的作用特点是作用时间非常短、且反复周期性作用，时间往往为几秒、几十分之一秒、甚至百分之一或千分之一秒，反复的次数从几次、几十次、甚至百、千万次；因而此时的作用效应计算（强度或者变形）除了考虑土本身的因素外，还

7、必须考虑荷载的作用速度和循环次数两方面的问题动力效应、和疲劳。1.加荷速度对应力、应变的影响试验表明：同一种土，同一种应力值，快速加荷、中速加荷和慢速加荷其应力应变曲线的型状是不同的。0慢速加荷中速加荷快速加荷在变形量（应变）相同的条件下，加荷速度越快，土的强度就越高；在应力相同的条件下，加荷速度越快，相应的应变值就越小。2.循环次数n对强度的影响循环次数n值越小，动强度也就越高；随着荷载循环次数n的增加，土样的动强度逐渐降低，当循环次数n足够大时，动强度低于静强度。3.初始应力或应变及幅值对动强度的影响土样的初始偏应力高，在同样强度的前提下，循环次数n 9.39.3 土在动荷作用下的力学性质

8、土在动荷作用下的力学性质就变小；同样，动应力幅值越大，在同样强度的前提下，循环次数n就变少，即达到破坏时的振次n就越少。粘性土动强度的降低与循环应变的幅值亦有很大的关系，应变幅值大，达到破坏所需的次数n就越少；如果循环次数n相同，则强度降低的就越多。 9.39.3 土在动荷作用下的力学性质土在动荷作用下的力学性质松砂层松砂层地下水位地下水位地震荷载地震荷载建筑物建筑物喷喷 砂砂地面下沉地面下沉喷砂喷砂遗井遗井排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水地震前地震前 液化时液化时 液化后液化后建筑物地基的液化建筑物地基的液化 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化19991999年台湾大地震年台湾大地震台中

9、由于液化引起的楼房倒塌台中由于液化引起的楼房倒塌 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化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 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化日本神户由于地震液化日本神户由于地震液化引起的河道破坏引起的河道破坏 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化阪神地震中新干线的倾覆阪神地震中新干线的倾覆日本神户地基液化引日本神户地基液化引起的储油罐倾斜起的储油罐倾斜 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化大阪的港口码头挡土墙由于液化前倾 9.49.4 砂土振动液化砂土振动液化3.砂土液化的影响因素土类范围土的密实度动荷强度和持续时间2.液化的外观表现: a.喷砂、冒水；震陷；滑坡；地基失稳 饱和度 - 饱和土体 组成 粉细砂： d50 =0.07mm- 1.0mm 砾类土： 粒径大于5 mm颗粒含量 60% 粉 土： Ip=（310），IL=0.75 - 1.0状态： 相对密度Dr50%结 构其 他：排水条件、土的初始应力状态及历史、地震特性 9.49.4