第九章 土在动荷载作用下特性.ppt

第九章 土在动荷载作用下的特性 * * 本章内容 9.1概述 9.2土在动荷载下的性质 9.3土的振动液化 9.4防治土液化的工程措施 圣法南度水库（加利福尼亚）大坝在1971年地震时地基液化造成大坝沉陷 地震来临的时候，在砂土地基上会发生什么? 工程背景 9.1 概述 地基液化导致挡土墙后土压力增大,地基失稳 1964新舄县中越地震, 日本 地震造成的涌砂 地震造成昭和大桥基础移位,桥梁落台. 1964 阿拉斯加地震，美国 砂土液化造成砂质边坡失稳 路基下的薄粉砂层和透镜体液化后造成粘土路基开裂 1925 圣巴巴拉地震、美国加利福尼亚州 粉质砂土填筑的水库大坝液化坍塌 地震液化后的涌砂 铁路路基涌砂 1989 洛马普列塔 , 美国旧金山 地震液化后的涌砂 塞纳河堤在地震液化后的沉陷 1995 神户大地震、日本 地基液化对公路的损坏 地基液化对公路的损坏 静荷载：由零逐渐缓慢增加到结构上的荷载。 周期荷载：荷载随时间t的变化规律可以用正弦或余弦函数表示 冲击荷载：短时间内，荷载急剧增大或缩小，各类爆炸。 随机荷载（非确定性荷载或不规则荷载）：荷载在将来任一时刻的数值无法事先确定，则称为随机荷载。 9.1.1 动力荷载的类型及特点 动荷载：荷载的大小、方向和作用位置随时间而变化。 动荷载的类型 a）冲击荷载 b）不规则荷载 c）周期荷载 9.1.1 动力荷载的类型及特点 9.1.2 动力荷载对地基土体的影响 1）土的强度降低； 2）地基产生附加沉降； 3）砂土与粉土的液化； 4）粘性土产生蠕变。 动力荷载作用大小由于随时间变化而发生改变，将对地基土体产生不同的效应。如速率效应与循环效应等。在循环效应的影响下，即使很小的应变仍能引起土体的破坏，其根本原因在于土体的抗剪强度的降低。 研究土在各种动荷载作用下的强度和变形特性、振动波在土中传播的规律，以及地基和土工建筑物的动力分析和工程抗震问题。 动荷载作用下的变形、强度以及液化的规律，比静荷载作用下的更复杂，更难把握，因而也就更不成熟，更有发展余地. 砂土振动液化是动力分析中的一个重要课题。 9.1.3 土动力学问题 当土体受到如地震、爆破、机械震动、车辆运行等动力作用时，土内产生新的压力而引起土的变形。 土在动力作用下的变形可分为弹性变形与残余变形。当动荷载强度较小不超过土的弹性极限时，它所引起的变形主要为弹性变形，弹性模量，泊松比，振动阻尼系数等为其主要动力参数。 当动力强度较大时，它所引起的变形为残余变形，动力越大，变形越大，结果使土的结构破坏，土体压缩沉降，强度减弱，严重者可使土体失去强度而威胁建筑物及边坡等稳定性。 （1）振动力作用下土的密度 在动力作用下，颗粒活动能力增大，致使土的颗粒间连接力削弱，土的压缩性增大，特别对砂土来说尤为显著。砂土在静荷载作用下压缩性小，在一般建筑物荷载下可不予考虑；但在振动荷载作用下，具有较大的压缩性。 在振动荷载作用下，砂土的压缩、饱和砂的液化及软粘土的触变为它们的主要动力特性。 （2）振动力作用下的抗剪强度 振动力作用下土的抗剪强度降低，对砂土来说尤为显著。因为在振动力作用下，砂土颗粒间摩擦力降低，当振动加速度达到某一起始加速度时，砂土的强度随着加速度增大而不断降低。 动荷载对一般粘性土的强度影响不大，而对饱水软粘土如淤泥及淤泥质亚粘土、粘土等则影响显。在振动作用下饱和软粘土的结构会遭到破坏，而使其强度及粘滞性剧烈降低。 （3）砂土的结构变化 ① 受高频振动时，颗粒位置重新调整，使砂更趋密实。 ② 饱和的粉砂、细砂在动荷载作用下，会失去强度，产生砂土液化。 土的类型和所处状态不同，对动荷载的反应也不相同 处于饱和状态的砂土和粉土在周期性动荷载作用下可能液化 淤泥、淤泥质土在周期性动荷载作用下，由于孔隙水压力上升，强度降低等缘故会导致沉降和滑移 9.2 土在动荷载下的性质 9.2.1动荷载对地基土的影响 当动荷载很小时，土颗粒之间的联结几乎没有遭到破坏，土骨架的变形能够恢复，并且土颗粒之间相互移动所损耗的能量也少，土处于理想的弹－粘性力学状态 随动荷载增大，颗粒之间的联结遭到破坏，土骨架产生不可恢复的变形。土颗粒之间相互移动所损耗的能量增大，土越来越表现出非弹性或塑性性能 当动荷载增大到一定程度时，土颗粒之间的联结几乎完全破坏，土处于流动或破坏状态 9.2 土在动荷载下的性质 9.2.2土在动荷载作用下的破坏特征 变形 往返变形和永久变形 孔隙水压力 加静载时，土内可能产生负的孔压；加动载时孔压总是增高的。 饱和砂土地震时孔压上升至静的有效正应力，会导致砂土液化。是否液化主要取决于土的密度。 粘性土地震时可以增量