土的动力特征专题培训课件.ppt

10.1,概述,在土木工程建设中，土体经常会遇到天然振源的地震、波浪、风或人工振源的车辆、爆炸、打桩、强夯、动力机器基础等引起的动荷载作用。,在动荷载作用下，土的强度和变形特性都将受到影响。,动荷载可能造成土体的破坏，必须加以充分重视；,动荷载可被利用改善不良土体的性质，如地基处理中的爆炸法、强夯法等。,10.1,概述,图,10.1,动荷载的类型,(a),冲击荷载；,(b),不规则荷载；,(c),周期荷载,压实：,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,压实性：,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：,以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法,：,室内击实试验,现场试验:,夯打、振动、碾压,10.2,土的压实性,10.2,土的压实性,一.室内击实试验,二.细粒土的压实性,三.粗粒土的压实性,一.室内击实试验,试验设备,击实筒,V=997,cm,3,；,击实锤,m=2.5kg,；,锤底直径,d=5cm,试验条件,土样分层,n=3,层；落高,h=30cm,；,击数,N=27,/,层,击实能量,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,土,10.2,土的压实性,公路土工试验规程,教材：,DL/T5355-2006,和,GB-T50123-1999,二.细粒土的压实性,1.,击实曲线,2,.,理论分析,3,.,影响因素,4,.,压实标准,10.2,土的压实性,1,.,击实曲线,特点：,具有峰值,位于饱和曲线之下,粘性土渗透系数,K,很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的,。,0 4 8 12 16 20 24 28,含水量,w(%),2.0,1.8,1.6,1.4,干密度,d,(g/cm,3,),饱和曲线,dmax,=1.86,w,op,=12.1,最大干密度,最优含水量,10.2,土的压实性,2,.,理论分析,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;,土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;,气被挤出或被压缩等,水膜润滑作用效果最佳;,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,孔压力升高显著，抵消部分击实功;,形成封闭气泡和水难以排出;,op,d,dmax,op,d,op,d,95%,其他公路,Dc93%,、级土石坝,Dc9598%,级土石坝,Dc9295%,10.2,土的压实性,不存在最优含水量,；,在完全风干和饱和两种状态,下易于击实,；,潮湿状态下,d,明显降低,。,三.粗粒土的压实性,1,.,击实曲线,特点,20%,粗砂,=45%,中砂,=7%,；,时，干密度最小,2,.,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。,在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3,.,压实标准,常用相对密度,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,10.2,土的压实性,6.6,土的动强度与砂土的振动液化,10.3,土的振动液化,饱和松砂在振动情况下孔压急剧升高,在瞬间砂土呈液态,时间,T,孔压,U,一,.,饱和松砂的振动液化,1.,液化现象,10.3,土的振动液化,10.3,土的振动液化,日本阪神地震引起的路面塌陷,10.3,土的振动液化,由于液化引起的河道破坏,日本神户,10.3,土的振动液化,阪神地震中新干线的倾覆,10.3,土的振动液化,地基液化引起的储油罐倾斜,日本神户,10.3,土的振动液化,日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面,10.3,土的振动液化,桩基础（房屋基础露出地面）,10.3,土的振动液化,（,1,）初始的疏松状态,（,2,）振动以后处于悬浮状态,孔压升高（液化）,（,3,）振后处于密实状态,一,.,饱和松砂的振动液化,2.,液化机理,10.3,土的振动液化,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,一,.,饱和松砂的振动液化,2.,液化机理,10.3,土的振动液化,一,.,饱和松砂的振动液化,2.,液化机理,10.3,土的振动液化,一,.,饱和松砂的振动液化,2.,液化机理,10.3,土的振动液化,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。,一,.,饱和松砂的振动液化,3.,液化定义,10.3,土的振动液化,4.1,土类,4.2,土的密度 相对密度,Dr60%,4.3,土的初始应力状态,一,.,饱和松砂的振动液化,4.,砂土液化的影响因素（,228,页）,5.,地基液化判别与防治（,230,页）,10.3,土的振动液化,10.4,周期荷载下的土的强度和变形特征,一是具有时间性，通常在,10s,以内应作为动力问题；,二是荷载的反复性,(,加卸荷,),或周期性,(,荷载变向,),。,由于动荷载的这两个特性，使得土在动荷载作用下，其力学性质与静荷载作用时相比有很大差异。,动荷载特性,10.4,周期荷载下的土的强度和变形特征,此图反映了荷载作用次数对土强度的影响。动荷载反复作用次数越少，动强度越高，随着次数的增加，土的强度逐渐降低，当反复作用,100,次,(,压实黏性土,),或,50,次,(,饱和软黏土,),时，动强度已接近或低于静强度，若次数再增加，则低于静强度。,10.4,周期荷载下的土的强度和变形特征,土的动强度可以用数种动力试验方法确定。根据试验的加荷方式，动力试验方法可分为四种类型，如图,10-18,所示。,(a),单调加载；,(b),单调,循环加载；,(c),循环,单调加载；,(d),单调增加循环加载,10.4,周期荷载下的土的强度和变形特征,图,10-19,反映了反复荷载作用下土的变形特性。由图可知，应变随作用次数的增加而增加、随动应力与竖向应力之比,d/z,值的增加而增加。,10.4,周期荷载下的土的强度和变形特征,动荷载的加荷速度，对土的强度与变形也将产生影响。如图,10-20,所示，加荷速度越慢，其强度越低，但承受的应变范围越大。,10.5,土的动力特征参数简介,土的动力特征参数包括：,动弹性模量或动剪切模量、阻尼比或衰减系数、动强度或液化周期剪应力以及振动孔隙水压力增长规律等。,其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力特征的两个主要参数，本节简介这两个动力特征参数。,动力特征参数,10.5,土的动力特征参数简介,动剪切模量,土的动剪切模量,G,d,是指产生单位动剪应变时所需要的动剪应力，即动剪应力,d,与动剪应变,d,之比值,:,G,d,=,d,/,d,(10-8),10.5,土的动力特征参数简介,阻尼比,土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于黏滞摩擦作用而有一定的能量损失，这种现象称为阻尼，也称黏滞阻尼。,在自由振动中，阻尼表现为质点的振幅随振次而逐渐衰减。,在强迫振动中，则表现为应变滞后于应力而形成滞回圈。,土的阻尼比,是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。,由物理学可知，非弹性体对振动波的传播有阻尼作用，这种阻尼力作用与振动的速度成正比关系，比例系数即为阻尼系数，使非弹性体产生振动过渡到不产生振动时的阻尼系数，称为临界阻尼系数。阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。地基或土工建筑物振动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，另一类是材料阻尼。前者是土体中积蓄的振动能量以表面波或体波,(,包含剪切波和压缩波,),向四周和下方扩散而产生的，后者是土粒间摩擦和孔隙中水与气体的黏滞性产生的。,10.5,土的动力特征参数简介,试验方法,动剪切模量,阻 尼 比,试验方法,动剪切模量,阻 尼 比,超声波脉冲,周期单剪,共振柱,周期扭剪,周期三轴剪,表,10-8,动剪切模量和阻尼比的室内试验方法,10.5,土的动力特征参数简介,表,10-9,动剪切模量和阻尼比的原位试验方法,试验方法,动剪切模量,阻 尼 比,试验方法,动剪切模量,阻 尼 比,折射法,钻孔波速法,反射法,动力旁压试验,表面波法,标准贯人试验,