河北工业大学考研土力学第九章动力特性

1、第五节第五节 土的振动液化土的振动液化第六节第六节 土的压实性土的压实性 一、概述一、概述1 1、砂土的液化：、砂土的液化： 砂土（砂土（特别是饱和砂土特别是饱和砂土）在动荷载作用下表现出）在动荷载作用下表现出类似液类似液体性状而完全失去承载能力的现象体性状而完全失去承载能力的现象。（。（f f =0 =0）2 2、产生原因、产生原因地震、波浪、车辆行驶、机器振动、打桩及爆破；地震、波浪、车辆行驶、机器振动、打桩及爆破；其中地震引起的液化面积广、层深、危害最大。其中地震引起的液化面积广、层深、危害最大。注：注：地震力作用下砂土的液化是工程抗震设计的重要内容之一。地震力作用下砂土的液化是工程抗震

2、设计的重要内容之一。 3 3危害的外观表现危害的外观表现喷出的砂能破坏农田、淤塞渠道，其范围很大，持喷出的砂能破坏农田、淤塞渠道，其范围很大，持续时间达几小时甚至十几天，有的水头高达续时间达几小时甚至十几天，有的水头高达2-3m2-3m。喷砂冒水带走大量砂土，导致建筑物地基产生不均喷砂冒水带走大量砂土，导致建筑物地基产生不均匀沉陷，使其倾斜、开裂甚至倒塌。匀沉陷，使其倾斜、开裂甚至倒塌。土坡中有饱和砂层，液化使土坡失稳，沿液化层滑土坡中有饱和砂层，液化使土坡失稳，沿液化层滑动，形成大面积滑坡。动，形成大面积滑坡。 二、砂土液化的机理二、砂土液化的机理室内振动砂土模拟试验室内振动砂土模拟试验当上

3、升的当上升的孔隙水压力孔隙水压力等于等于全部上覆压力全部上覆压力时，时，砂土砂土f =0，处于悬浮状态，形成液化。，处于悬浮状态，形成液化。)(tguf 结论：结论：1、f =0是砂土液化必要条件，称为是砂土液化必要条件，称为“初始液化初始液化”。2、土的性质、孔隙水及振动是产生液化的必要条土的性质、孔隙水及振动是产生液化的必要条件，但不是充分条件，影响砂土液化的因素很件，但不是充分条件，影响砂土液化的因素很多且很复杂。多且很复杂。三、影响砂土液化的主要因素三、影响砂土液化的主要因素1 1、土的种类、级配和密度、土的种类、级配和密度 种类种类中砂、细砂、粉砂中砂、细砂、粉砂易液化；易液化； 级

4、配级配级配均匀的砂级配均匀的砂易液化；易液化； 密度密度松砂松砂易液化易液化 2 2、土的初始应力状态、土的初始应力状态 比较孔隙水压力与固结压力的大小比较孔隙水压力与固结压力的大小浅层土浅层土较深层土易液化较深层土易液化埋深大于埋深大于1515米或初始应力大于米或初始应力大于200kPa200kPa的的 土层不易液化土层不易液化地下水位低于地下水位低于-10m-10m的地区不具备液化条件的地区不具备液化条件3 3、振动的特性、振动的特性 地震的强度和地震的持续时间地震的强度和地震的持续时间 相同条件下相同条件下 动应力较高则振动次数不多就会发生液化；动应力较高则振动次数不多就会发生液化； 动

5、应力较低时，需要较多振次才发生液化动应力较低时，需要较多振次才发生液化 三、砂土地基液化可能性的判别三、砂土地基液化可能性的判别 1 1、经验方法、经验方法 以地震现场的液化以地震现场的液化调查资料调查资料为基础，对其进行为基础，对其进行归纳、统计，得出判别液化可能性的归纳、统计，得出判别液化可能性的经验公式经验公式或分界曲线。或分界曲线。 例如：例如：（1 1）西特的临界曲线法；西特的临界曲线法；（2 2）我国）我国建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范推荐的推荐的临界标临界标准贯入击数法准贯入击数法等。等。 2 2、试验方法、试验方法 在室内模拟地震力作用于土单元体上，通过研在室内模拟地震力作用

6、于土单元体上，通过研究单元体的应力究单元体的应力应变状况和边界条件来揭示应变状况和边界条件来揭示土体液化的机理、发生、发展的条件和规律，土体液化的机理、发生、发展的条件和规律，然后用于分析现场情况。然后用于分析现场情况。 常用试验：常用试验：动三轴试验；动三轴试验； 动单剪试验；动单剪试验； 共振柱试验等。共振柱试验等。我国抗震设计规范建议的经验公式（标贯法）我国抗震设计规范建议的经验公式（标贯法） 我国我国建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（GB50011-2001GB50011-2001） 以以临界标准贯入击数临界标准贯入击数Ncr 来作为判别标准：来作为判别标准： 临界标准贯入击数临界标准

7、贯入击数 砂土在不同地震烈度下发生液化的界限标准贯入击数。砂土在不同地震烈度下发生液化的界限标准贯入击数。 当实际标贯击数当实际标贯击数NNcr，说明砂土是可液化的，说明砂土是可液化的， 当当NNcr时是不可液化的。时是不可液化的。 在地面下在地面下15m深度范围内，判别标准贯入锤击数临界值可深度范围内，判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：按下式计算： 在地面以下在地面以下1520m范围内，液化判别标准贯入试验范围内，液化判别标准贯入试验锤击数临界值可按下式计算：锤击数临界值可按下式计算： cwscrddNN/3)( 1 . 09 . 00（ds15） cscrdNN/3)1.04.2(0（

8、15ds20） c粘粒含量百分率粘粒含量百分率 ds饱和土的标准贯入点深度饱和土的标准贯入点深度 dw地下水位深度地下水位深度四、防止土体液化的工程措施简介四、防止土体液化的工程措施简介 避开避开 挖除挖除：可液化土层距地表：可液化土层距地表3 35m5m时可全部挖除时可全部挖除 加固加固：常用人工加密、围封、桩基及盖重等：常用人工加密、围封、桩基及盖重等 加密加密：增加砂土层的密度；增加砂土层的密度； 围封围封：用板桩把有可能液化的范围包围起来；用板桩把有可能液化的范围包围起来；桩基桩基：将建筑物支承在桩基础上，而桩必须穿过可液：将建筑物支承在桩基础上，而桩必须穿过可液化的土层，支承在下部不

9、液化的密实土层上。化的土层，支承在下部不液化的密实土层上。 盖重盖重，在可液化范围的地面上加载（如堆土），以加，在可液化范围的地面上加载（如堆土），以加大可液化土层的上覆压力。大可液化土层的上覆压力。 第六节第六节 土的压实性土的压实性 一、概述一、概述 压实压实采用外部的夯压能，使土颗粒重新排采用外部的夯压能，使土颗粒重新排列压实变密，从而增强土粒之间的摩擦和咬合列压实变密，从而增强土粒之间的摩擦和咬合力以及增加土粒间的分子引力，使土在短时间力以及增加土粒间的分子引力，使土在短时间内得到新的结构强度，以改善土的性质。内得到新的结构强度，以改善土的性质。2 2工程中的填土压实问题工程中的填土压

10、实问题（1 1）路堤、土坡及桥台、挡土墙的墙后填土；）路堤、土坡及桥台、挡土墙的墙后填土；（2 2）基础垫层及回填土；）基础垫层及回填土；（3 3）人工填筑地基；）人工填筑地基；（填土的原状结构已破坏，强度低，压缩性大且（填土的原状结构已破坏，强度低，压缩性大且不均匀）不均匀）3 3研究目的：要获得最好的压实效果，必须了研究目的：要获得最好的压实效果，必须了解土的压实性与变化规律。解土的压实性与变化规律。二、土的压实原理二、土的压实原理1、实践表明：、实践表明：过湿的粘性土过湿的粘性土软弹现象，难以压实；软弹现象，难以压实；过干的粘性土过干的粘性土不能充分压实。不能充分压实。 2 2、试验表明

11、：、试验表明： 含水量含水量较小时较小时土粒表面结合水膜薄，颗粒间分子力土粒表面结合水膜薄，颗粒间分子力大，阻碍土的压实；大，阻碍土的压实； 含水量含水量太大时太大时压实时土孔隙中大量的自由水不易排压实时土孔隙中大量的自由水不易排出，孔隙水压力大，阻止土粒靠拢；出，孔隙水压力大，阻止土粒靠拢； 含水量含水量适当时适当时水起到润滑作用，且不占用太多的水起到润滑作用，且不占用太多的孔隙，土粒易靠拢形成密实排列。孔隙，土粒易靠拢形成密实排列。3压实效果衡量指标压实效果衡量指标干重度干重度d 干重度干重度d定义：定义： 单位体积中固体颗粒的重量。单位体积中固体颗粒的重量。 压实土为压实土为 15.5

12、- 18.0 kN/m3。4 4、最优含水量最优含水量op 在一定压实功能条件下，土最易于被压实，并在一定压实功能条件下，土最易于被压实，并能达到能达到最大密实度最大密实度时的含水量。时的含水量。三、击实试验三、击实试验-最优含水量最优含水量opop的测定的测定三、击实试验三、击实试验-最优含水量最优含水量opop的测定的测定试验方法：试验方法：将同一种土配制成将同一种土配制成 5 6 份份含水量不同含水量不同的试样；的试样；以以同样的击实功同样的击实功对每份进行击实；对每份进行击实；测定各试样击实后的含水量，计算相应的测定各试样击实后的含水量，计算相应的d，绘制含水量与干重度的关系曲线，称为

13、压实曲线；绘制含水量与干重度的关系曲线，称为压实曲线；相应于相应于dmax的含水量为的含水量为最优含水量最优含水量op。击实曲线击实曲线dsswwsdWVWWVWWVW/1d四、影响压实效果的主要因素四、影响压实效果的主要因素2 2、压实功能、压实功能 压实工具的重量、碾压压实工具的重量、碾压次数或落锤高度、作用次数或落锤高度、作用时间等时间等1、含水量、含水量3 3、不同土类和级配、不同土类和级配颗粒越粗，就越能在低含水量颗粒越粗，就越能在低含水量时获得最大的干重度；时获得最大的干重度；颗粒越均匀，压实曲线的峰值颗粒越均匀，压实曲线的峰值范围就越宽广而平缓；范围就越宽广而平缓； 干砂在压力与

14、振动作用下，容干砂在压力与振动作用下，容易密实；易密实；稍湿的砂土，因为有毛细压力稍湿的砂土，因为有毛细压力作用使砂土互相靠紧，阻止颗作用使砂土互相靠紧，阻止颗粒移动，击实效果不好；粒移动，击实效果不好；饱和砂土，毛细压力消失，击饱和砂土，毛细压力消失，击实效果良好。实效果良好。五、压实特性在现场填土中的应用五、压实特性在现场填土中的应用 填土压实质量的控制填土压实质量的控制 控制指标控制指标采用采用压实系数压实系数 压实系数：压实系数：maxdd对主要受力层或重要工程中，压实系数要求对主要受力层或重要工程中，压实系数要求接近于接近于 ；次要工程可取得小些，具体规定；次要工程可取得小些，具体规定应查相关规范。应查相关规范。一般一般为为0.93-0.97(0.93-0.97(地基处理规范地基处理规范) )课程内容课程内容第一章第一章 土的物理性质与