第十章土在动荷载作用下力学性质.ppt

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1、第十章土在动荷载作用下的力学性质10.1概述根据动荷载作用的特点，可以将其分成三种类型。(1)周期荷载(2)冲击荷载(3)不规则荷载简谐荷载荷载随时间的变化无规律可循，即为不规则荷载。最为典型的不规则荷载就是地震荷载。10.2土的动强度和变形特性加荷速度不同，土的反应也不同。由图10.1所示，慢速加荷时强度虽然低于快速加荷，但承受的应变范围较大。10.2.1反复荷载下土的强度特征10.2.2反复荷载下土的变形特征10.2.3土动力室内测试技术1）动力测试基本原理(1)激振(2)测振激振的基本原

2、理就是向土样施加某种动荷载，使其尽可能地模拟实际的动力作用。室内模拟激振的方法主要有：①机械激振；②电磁激振；③电液激振；④气动激振。土动力试验的各项物理量，不论是仪器直接输出给试样的，还是试样间接反应回来的，均需要由振动系统进行量测。测振的参数包括三大类：①应力；②应变；③振动性状(阻尼、衰减等)。2）振动三轴试验土的动力参数可通过现场和室内试验测定。室内一般多采用振动三轴仪试验测定。试验时对圆柱形土样施加轴向循环变化的压缩与拉伸荷载，直接量测土样的应力和应变值，从而绘制应力~应变曲线即滞回圈(

3、图10.9)。试验所得滞回圈是试样在循环荷载下压缩与拉伸的结果，所以求得的模量是动弹性模量Ed。而剪切模量Gd由下式求出：3）振动剪切试验对实际地基来说，土的振动变形大部分是由于从下卧层向上传递的剪切波引起的，如图10.11所示。对于地表为水平的土层，地震前在地下某一深度的水平面上只作用垂直应力σ0，而初始剪应力为零。由于地震作用，在水平面上附加一往复剪应力，而垂直应力σ0仍保持不变。当地面为倾斜面或有建筑物时，则地面某一深度水平面不仅有初始垂直应力σ0，而且还存在初始剪应力。4）共振柱试验共振柱

4、试验是根据共振原理，在一个圆柱形试样上进行振动，改变振动频率使其产生共振，并借以测求试样的动弹性模量及阻尼比等参数。其工作原理可以用图10.12简化模型表示。图中圆柱形试样的底端固定，试样的顶端附加一个集中质量块，并通过该质量块对试样施加垂直轴向振动或水平振动。当土柱的顶端受到施加的周期荷载而处于强迫振动时，振动由柱体顶端以波动形式沿柱体向下传播，使整个柱体处于振动状态。共振柱试验是一种无损试验技术，它的优越性表现在试验的可逆性和重复性上，从而可求得十分稳定的结果。5）振动台试验振动台试验是20世

5、纪70年发展起来的专门用于土的液化性状研究的室内大型动力试验。相对于常用的动三轴和动单剪试验，振动台试验有下述优点：(1)可以制备模拟现场状态饱和砂的大型均匀试样，可以测出土样内部的应变和加速度。(2)在低频和平面应变条件下，整个土样中将产生均匀的加速度，相当于现场剪切波的传播。(3)可以查出液化时大体积饱和土中实际孔隙水压力的分布。(4)在振动时能用肉眼观察试样。6）离心模型试验离心机模型试验首先需要根据试验研究的目的和要求，选择适合的用于单向或双向振动试验的模型箱，然后与静力离心模型试验一样需

6、要综合考虑离心机的容量、原型的尺寸、模型箱尺寸和观测仪器的布置等，合理确定模型比尺。理想的模型箱应该具备的条件 ：(1)振动过程中，不影响剪切波或剪切应力的传递，尽量使水平剪切刚度为零，对土的变形无影响；(2)振动过程中模型箱水平断面尺寸应保持不变；(3)模型箱侧壁应具有足够的刚度；(4)尽量减少模型箱壁的质量，以减少边界处侧向动土压力。10.3砂土振动液化在动力荷载(振动)作用下砂土(特别是饱和砂土)表现出类似液体性状而完全失去了承载能力的现象称为砂土液化。10.3.1砂土液化机理1）砂土液化造

7、成的灾害(1)喷砂冒水(2)震陷(3)滑坡(4)地基失稳2)液化机理当孔隙水压力以及时，没有黏聚力的砂土的强度就完全丧失，而处于没有抵抗外荷能力的悬浮状态，故产生了砂土“液化”。3)影响砂土液化的主要因素(1)土的种类粉细砂土、轻亚黏土比中、粗砂土容易液化；级配均匀的砂土比级配良好的砂土易发生液化。(2)土的密度松砂在振动中体积易于缩小，孔隙水压力上升快，故松砂较密砂容易液化。(3)土的初始应力状态试验亦表明，对于同样条件的土样，发生液化所需的动应力将随着固结压力的增加而增大。10.3.2砂性土地

8、基液化判别砂性土地基液化判别方法现场试验室内试验经验对比法1)《建筑抗震设计规范》判别方法在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数临界值可按下式计算：2)《公路工程抗震设计规范》判别方法在《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)中，砂性土液化判别公式是以SeedHB的液化判别图~曲线族中震级M=7.5的分界线为基础换算得到的，对地面以下20m深度范围内的砂土和亚砂土，其液化判别公式如下：若，则判为液化，否则判为不液化。10.3.3场地液化危害性防治措施场地液化危害性防