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1、第十章 土在動(dòng)荷載作用下的力學(xué)性質(zhì)10.1概述根據(jù)動(dòng)荷載作用的特點(diǎn)，可以將其分成三種類(lèi)型。(1)周期荷載(2)沖擊荷載(3)不規(guī)則荷載簡(jiǎn)諧荷載荷載隨時(shí)間的變化無(wú)規(guī)律可循，即為不規(guī)則荷載。最為典型的不規(guī)則荷載就是地震荷載。10.2土的動(dòng)強(qiáng)度和變形特性加荷速度不同，土的反應(yīng)也不同。由圖10.1所示，慢速加荷時(shí)強(qiáng)度雖然低于快速加荷，但承受的應(yīng)變范圍較大。10.2.1反復(fù)荷載下土的強(qiáng)度特征10.2.2反復(fù)荷載下土的變形特征10.2.3土動(dòng)力室內(nèi)測(cè)試技術(shù)1）動(dòng)力測(cè)試基本原理(1)激振(2)測(cè)振激振的基本原
2、理就是向土樣施加某種動(dòng)荷載，使其盡可能地模擬實(shí)際的動(dòng)力作用。室內(nèi)模擬激振的方法主要有：①機(jī)械激振；②電磁激振；③電液激振；④氣動(dòng)激振。土動(dòng)力試驗(yàn)的各項(xiàng)物理量，不論是儀器直接輸出給試樣的，還是試樣間接反應(yīng)回來(lái)的，均需要由振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行量測(cè)。測(cè)振的參數(shù)包括三大類(lèi)：①應(yīng)力；②應(yīng)變；③振動(dòng)性狀(阻尼、衰減等)。2）振動(dòng)三軸試驗(yàn)土的動(dòng)力參數(shù)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定。室內(nèi)一般多采用振動(dòng)三軸儀試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)對(duì)圓柱形土樣施加軸向循環(huán)變化的壓縮與拉伸荷載，直接量測(cè)土樣的應(yīng)力和應(yīng)變值，從而繪制應(yīng)力~應(yīng)變曲線(xiàn)即滯回圈(
3、圖10.9)。試驗(yàn)所得滯回圈是試樣在循環(huán)荷載下壓縮與拉伸的結(jié)果，所以求得的模量是動(dòng)彈性模量Ed。而剪切模量Gd由下式求出：3）振動(dòng)剪切試驗(yàn)對(duì)實(shí)際地基來(lái)說(shuō)，土的振動(dòng)變形大部分是由于從下臥層向上傳遞的剪切波引起的，如圖10.11所示。對(duì)于地表為水平的土層，地震前在地下某一深度的水平面上只作用垂直應(yīng)力σ0，而初始剪應(yīng)力為零。由于地震作用，在水平面上附加一往復(fù)剪應(yīng)力，而垂直應(yīng)力σ0仍保持不變。當(dāng)?shù)孛鏋閮A斜面或有建筑物時(shí)，則地面某一深度水平面不僅有初始垂直應(yīng)力σ0，而且還存在初始剪應(yīng)力。4）共振柱試驗(yàn)共振柱
4、試驗(yàn)是根據(jù)共振原理，在一個(gè)圓柱形試樣上進(jìn)行振動(dòng)，改變振動(dòng)頻率使其產(chǎn)生共振，并借以測(cè)求試樣的動(dòng)彈性模量及阻尼比等參數(shù)。其工作原理可以用圖10.12簡(jiǎn)化模型表示。圖中圓柱形試樣的底端固定，試樣的頂端附加一個(gè)集中質(zhì)量塊，并通過(guò)該質(zhì)量塊對(duì)試樣施加垂直軸向振動(dòng)或水平振動(dòng)。當(dāng)土柱的頂端受到施加的周期荷載而處于強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)由柱體頂端以波動(dòng)形式沿柱體向下傳播，使整個(gè)柱體處于振動(dòng)狀態(tài)。共振柱試驗(yàn)是一種無(wú)損試驗(yàn)技術(shù)，它的優(yōu)越性表現(xiàn)在試驗(yàn)的可逆性和重復(fù)性上，從而可求得十分穩(wěn)定的結(jié)果。5）振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是20世
5、紀(jì)70年發(fā)展起來(lái)的專(zhuān)門(mén)用于土的液化性狀研究的室內(nèi)大型動(dòng)力試驗(yàn)。相對(duì)于常用的動(dòng)三軸和動(dòng)單剪試驗(yàn)，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)有下述優(yōu)點(diǎn)：(1)可以制備模擬現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)飽和砂的大型均勻試樣，可以測(cè)出土樣內(nèi)部的應(yīng)變和加速度。(2)在低頻和平面應(yīng)變條件下，整個(gè)土樣中將產(chǎn)生均勻的加速度，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)剪切波的傳播。(3)可以查出液化時(shí)大體積飽和土中實(shí)際孔隙水壓力的分布。(4)在振動(dòng)時(shí)能用肉眼觀察試樣。6）離心模型試驗(yàn)離心機(jī)模型試驗(yàn)首先需要根據(jù)試驗(yàn)研究的目的和要求，選擇適合的用于單向或雙向振動(dòng)試驗(yàn)的模型箱，然后與靜力離心模型試驗(yàn)一樣需
6、要綜合考慮離心機(jī)的容量、原型的尺寸、模型箱尺寸和觀測(cè)儀器的布置等，合理確定模型比尺。理想的模型箱應(yīng)該具備的條件?：(1)振動(dòng)過(guò)程中，不影響剪切波或剪切應(yīng)力的傳遞，盡量使水平剪切剛度為零，對(duì)土的變形無(wú)影響；(2)振動(dòng)過(guò)程中模型箱水平斷面尺寸應(yīng)保持不變；(3)模型箱側(cè)壁應(yīng)具有足夠的剛度；(4)盡量減少模型箱壁的質(zhì)量，以減少邊界處側(cè)向動(dòng)土壓力。10.3砂土振動(dòng)液化在動(dòng)力荷載(振動(dòng))作用下砂土(特別是飽和砂土)表現(xiàn)出類(lèi)似液體性狀而完全失去了承載能力的現(xiàn)象稱(chēng)為砂土液化。10.3.1砂土液化機(jī)理1）砂土液化造
7、成的災(zāi)害(1)噴砂冒水(2)震陷(3)滑坡(4)地基失穩(wěn)2)液化機(jī)理當(dāng)孔隙水壓力以及時(shí)，沒(méi)有黏聚力的砂土的強(qiáng)度就完全喪失，而處于沒(méi)有抵抗外荷能力的懸浮狀態(tài)，故產(chǎn)生了砂土“液化”。3)影響砂土液化的主要因素(1)土的種類(lèi)粉細(xì)砂土、輕亞黏土比中、粗砂土容易液化；級(jí)配均勻的砂土比級(jí)配良好的砂土易發(fā)生液化。(2)土的密度松砂在振動(dòng)中體積易于縮小，孔隙水壓力上升快，故松砂較密砂容易液化。(3)土的初始應(yīng)力狀態(tài)試驗(yàn)亦表明，對(duì)于同樣條件的土樣，發(fā)生液化所需的動(dòng)應(yīng)力將隨著固結(jié)壓力的增加而增大。10.3.2砂性土地
8、基液化判別砂性土地基液化判別方法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)比法1)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》判別方法在地面下20m深度范圍內(nèi)，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值可按下式計(jì)算：2)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》判別方法在《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004-89)中，砂性土液化判別公式是以SeedHB的液化判別圖~曲線(xiàn)族中震級(jí)M=7.5的分界線(xiàn)為基礎(chǔ)換算得到的，對(duì)地面以下20m深度范圍內(nèi)的砂土和亞砂土，其液化判別公式如下：若，則判為液化，否則判為不液化。10.3.3場(chǎng)地液化危害性防治措施場(chǎng)地液化危害性防
