土质学与土力学课件作者刘干斌刘红军9-10地基动力特性.ppt

200 尚辅网 / 第10章 土在动荷载作用下的力学性质 10.1 概述 动荷载作用的特点，可以将其分成三种类型 当荷载的大小、方向、作用位置随时间而变化，而且对作用体系的动力效应不能忽略时，这种荷载就被称作动荷载。 (1) 周期荷载 (2) 冲击荷载 (3) 不规则荷载 10.2土的动强度和变形特性 图10.1 加荷速度对土应力~应变的影响 1. 反复荷载下土的强度特征 图10.2 荷载振次对强度的影响(非饱和黏土) 图10.3 荷载振次对强度的影响(饱和黏土) 图10.2和图10.3表示是非饱和土和饱和土循环效应的例子，图中表示静力破坏强度，为动应力幅值，是在加动应力前对土样所施加的一个小于的竖向静力偏应力。由图可见，振次n愈少，动力强度愈高。 图10.4 黏性土动强度与循环次数的关系 图10.5 动应力与振次的关系 2. 反复荷载下土的变形特征 最简单的反复荷载下的应力~应变反应如图10.6所示，这是静三轴仪中为确定弹性模量(静弹模)所作的加卸荷试验曲线。图10.7则是动力试验中所得到的剪应力~剪应变关系线，由于荷载周期性变向而形成一个滞回圈。 图10.6三轴试验确定土的弹性模量 图10.7动力试验的应力~应变曲线 图10.8 三弹性模量与应变关系曲线 3 土动力室内测试技术 动力测试技术包括两部分：激振和测振。 1) 激振 激振的基本原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。 2) 测振 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)。 (1) 动力测试基本原理 (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(图10.9)。 图10.9 应力～应变滞回圈的绘制 1.试样 2. 压力室 3. 孔隙水压力传感器 4. 变形传感器 5. 拉压力传感器6. 导轮 7. 励磁线圈 8. 激振线圈 9. 接侧压力稳压罐系统 10. 接垂直压力稳压罐系统11. 接反压力稳压罐系统 12. 接静孔隙压力测量系统 图10.10 振动三轴仪 3. 振动剪切试验 图10.11 剪切波由基岩向覆盖土层传播 4. 共振柱试验 图10.12 共振柱试验原理 5. 振动台试验 振动台试验是20世纪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 (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 1 砂土液化机理 (1) 砂土液化造成的灾害 1) 喷砂冒水。 2) 震陷。 3) 滑坡。 4) 地基失稳。 (2) 液化机理 液化的砂土层在失去承载能力的同时出现很高的孔隙水压力，因此可从砂土的抗剪强度着手来研究液化的机理。在地震时，饱和松砂趋于密实(剪缩性)，而细、粉砂的透水性并不很大，孔隙水一时间来不及排出，从而导致孔隙水压力上升，有效应力减小。 (a) 地震前 地震时周期变化的应力状态 图10.13 地震前和地震时单元体的理想受力状态 图10.14 饱和粉砂的液化试验 3. 影响砂土液化的主要因素 (1) 土的种类 (2) 土的密度 (3) 土的初始应力状态 二 、砂性土地基液化判别 砂土液化易导致建筑物产生严重破坏，故砂性土液化的判别是地基基础抗震设计的一项重要任务。目前的判别方法很多，归纳起来主要是现场试验，室内试验及经验对比法三大类，经验方法是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，如西特(seed)的临界曲线法及我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)推荐的临界标