土力学第九章土的动力学特性讲义

第五节土的振动液化第六节土的压实性

第九章土的动力学特性一、概述1、砂土的液化：砂土（特别是饱和砂土）在动荷载作用下表现出类似液体性状而完全失去承载能力的现象。（τf=0）第五节

土的振动液化

2、产生原因地震、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。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。3．危害的外观表现（1）喷砂冒水（砂沸）——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2-3m。（2）震陷——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。（3）滑坡——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。二、砂土液化的机理室内振动砂土模拟试验当上升的孔隙水压力等于全部上覆压力时，砂土τf=0，处于悬浮状态，形成液化。结论：1、τf=0是砂土液化必要条件，称为“初始液化”。2、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多且很复杂。三、影响砂土液化的主要因素1、土的种类、级配和密度

种类——中砂、细砂、粉砂易液化；级配——级配均匀的砂易液化；密度——松砂易液化

2、土的初始应力状态

比较孔隙水压力与固结压力的大小——浅层土较深层土易液化——埋深大于15米或初始应力大于200kPa的土层不易液化——地下水位低于-10m的地区不具备液化条件3、振动的特性——地震的强度和地震的持续时间

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

1、经验方法以地震现场的液化调查资料为基础，对其进行归纳、统计，得出判别液化可能性的经验公式或分界曲线。例如：（1）西特的临界曲线法；（2）我国《建筑抗震设计规范》推荐的临界标准贯入击数法等。

2、试验方法

在室内模拟地震力作用于土单元体上，通过研究单元体的应力—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，然后用于分析现场情况。

常用试验：动三轴试验；动单剪试验；共振柱试验等。我国抗震设计规范范建议的经验公式式（标贯法）我国《建筑抗震设计规范范》（GB50011-2001）以临界标准贯入击数数Ncr来作为判别标准：：临界标准贯入击数数——砂土在不同地震烈烈度下发生液化的的界限标准贯入击击数。当实际标贯击数N＜Ncr，说明砂土是可液化化的，当N＞Ncr时是不可液化的。。在地面下15m深度范围内，判别别标准贯入锤击数数临界值可按下式式计算：在地面以下15～20m范围内，液化判别别标准贯入试验锤锤击数临界值可按按下式计算：（ds≤15）

（15≤ds≤20）

ρc——粘粒含量百分率ds——饱和土的标准贯入入点深度dw——地下水位深度四、防止土体液化化的工程措施简介介避开挖除：可液化土层距地地表3～5m时可全部挖除加固：常用人工加密、、围封、桩基及盖盖重等加密：增加砂土层的密度度；围封：用板桩把有可能液液化的范围包围起起来；桩基：将建筑物支承在在桩基础上，而桩桩必须穿过可液化化的土层，支承在在下部不液化的密密实土层上。盖重，在可液化范围的的地面上加载（如如堆土），以加大大可液化土层的上上覆压力。第六节土的压实性一、概述压实——采用外部的夯压能能，使土颗粒重新新排列压实变密，，从而增强土粒之之间的摩擦和咬合合力以及增加土粒粒间的分子引力，，使土在短时间内内得到新的结构强强度，以改善土的的性质。2．工程中的填土压压实问题（1）路堤、土坡及桥桥台、挡土墙的墙墙后填土；（2）基础垫层及回填填土；（3）人工填筑地基；；（填土的原状结构构已破坏，强度低低，压缩性大且不不均匀）3．研究目的：要获获得最好的压实效效果，必须了解土土的压实性与变化化规律。二、土的压实原理理1、实践表明：过湿的粘性土——软弹现象，难以压压实；过干的粘性土——不能充分压实。2、试验表明：含水量较小时——土粒表面结合水膜膜薄，颗粒间分子子力大，阻碍土的的压实；含水量太大时——压实时土孔隙中大大量的自由水不易易排出，孔隙水压压力大，阻止土粒粒靠拢；含水量适当时——水起到润滑作用，，且不占用太多的的孔隙，土粒易靠靠拢形成密实排列列。3．压实效果衡量指指标——干重度γd干重度γd定义：——单位体积中固体颗颗粒的重量。压实土为15.5-18.0kN/m3。4、最优含水量ωop在一定压实功能条条件下，土最易于于被压实，并能达达到最大密实度时的含水量。三、击实试验---最优含水量ωop的测定三、击实试验---最优含水量ωop的测定试验方法：将同一种土配制成成5~6份含水量不同的试样；以同样的击实功对每份进行击实；；测定各试样击实后后的含水量，计算算相应的γd，绘制含水量与干重重度的关系曲线，，称为压实曲线；；相应于γdmax的含水量为最优含水量ωop。击实曲线四、影响响压实效效果的主主要因素素2、压实功功能压实工具具的重量量、碾压压次数或或落锤高高度、作作用时间间等结论：ω比较小时时，选用用夯实功功能大的的机具；；ω比较大时时，选用用夯实功功能小的的机具。1、含水量量3、不同土土类和级级配颗粒越粗粗，就越越能在低低含水量量时获得得最大的的干重度度；颗粒越均均匀，压压实曲线线的峰值值范围就就越宽广广而平缓缓；干砂在压压力与振振动作用用下，容容易密实实；稍湿的砂砂土，因因为有毛毛细压力力作用使使砂土互互相靠紧紧，阻止止颗粒移移动，击击实效果果不好；；饱和砂土土，毛细细压力消消失，击击实效果果良好。。五、压实实特性在在现场填填土中的的应用填土压实实质量的的控制控制指标标——采用压实系数数压实系数数：对主要受受力层或或重要工工程中，，压实系系数要求求接近于于1；次要工工程可取取得小些些，具体体规定应应查相关关规范。。一般为0.93-0.97(地基处理理规范)祝同学们们期末取取得好成成绩本学期课课程结束束课程内容容第一章土土的的物理性性质与工工程分类类第二章土土体体中的应应力场第