土在动荷载作用下的力学性质

第9章土在动荷载作用下的力学性质MechanicPropertiesofSoilUnderDynamicLoads主要内容本章重点：砂土振动液化、防止砂土液化的工程措施•概述•砂土振动液化•防止砂土液化的工程措施•反复荷载作用下土的强度和变形特征•土动力特征参数9.1概述LowerSanFernando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?工程背景地基液化导致挡土墙后土压力增大,地基失稳1964Niigataearthquake,Japan地震造成的涌砂地震造成Showa大桥基础移位,桥梁落台.sandboilAlaskaEarthquake19641964年阿拉斯加地震砂土液化造成砂质边坡失稳AlaskaEarthquake1964路基下的薄粉砂层和透镜体液化后造成粘土路基开裂SantaBarbaraEarthquakein1925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1989LomaPrietaearthquake,USA地震液化后的涌砂1989LomaPrietaearthquake,USA地震液化后的涌砂塞纳河堤在地震液化后的沉陷2019Kobeearthquake,Japan地基液化对公路的损坏2019Kobeearthquake,Japan地基液化对公路的损坏9.1.1动力荷载的类型及特点荷载P时间t峰值g0加速度(g)0时间t时间t0P1t0t)(tP0P荷载P时间t峰值0P1t0tg)(tP0P00时间t时间t加速度荷载荷载P时间t峰值g0加速度(g)0时间t时间t0P1t0t)(tP0P动荷载的类型a）冲击荷载b）不规则荷载c）周期荷载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。liquefaction9.2砂土振动液化砂土液化：饱和粉细砂在动力荷载作用下，U↑σˊ↓表现出类似液体性状而完全失去承载力的现象。9.2.1砂土液化概念与机理播放2314圆筒振动试验装置1--圆筒；2—土样；3—振动台面；4—测压管播放液化地基失稳9.2.2影响砂土液化的主要因素土的类别土的初始密实度土的饱和度010.10.20.331030100液化应力比往返加荷次数饱和度Sr=0.980.990.9950.9981Dr=0.45饱和度对液化的影响内因方面土的初始应力状态往复应力(地震)强度往复次数(地震历时)地下水位的变化图9-5周围压力对某砂样液化的影响a）初始液化b）20%的全幅应变（土样破坏）外因方面1471.5kpa491.2kpa98.1kpa往复应力峰值(KPa)04008001600120010100100010000100000往复加荷次数N3s往复加荷次数N10000010000100010010120016008004000往复应力峰值(KPa)98.1kpa491.2kpa1471.5kpa3sa)b)9.2.3砂土液化的可能性判别1初步判别饱和砂土和饱和粉土（不含黄土）,符合下列条件之一时，可初步判别为不液化或可不考虑液化影响：1）地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及以前，7、8度时可判别为不液化。2）粉土的粘粒（粒径小于0.005的颗粒）含量百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，可判别为不液化土。采用天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化的影响：5.425.132000bwubwbudddddddddd式中各符号含义见教材256页2公式判别《建筑抗震设计规范》规定：当初步判别认为需进一步进行液化判别时，应采用标准贯入试验判别法判别地面下15米深度范围内的液化；当采用桩基础或埋深大于5米的深基础时，还应判别15～20米范围内的液化。cwscrddNN/31.09.0[0cscrdNN/31.04.20在地面下15～20米范围内在地面下15～20米范围内sdccrN0N——液化判别标准贯入锤击数临界值；——液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表9.1采用；——饱和土标准贯入点深度（m）；dw——地下水位深，m——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。当crNN5.63发生液化9.3防止砂土液化的工程措施1)一般不宜将建筑基础放在未经处理的液化土层上可液化地基2)采用加密法(如挤密、强夯、振冲等)或换土法加固液化土层振冲法压密注浆挤密法强夯法振冲法3）基础及上部结构采用防止液化不均匀沉降的结构构造措施浅基础梁进行加强处理，在局部液化地基上起到架越作用。管道设计成柔性连接，能够适应液化造成的大变形4）在液化侧向区域内设抗液化措施9．4反复荷载下土的强度和变形特征9.4.1反复荷载下土的强度1．动荷载加荷幅值对土动强度的影响2．动荷载加荷周数对土动强度的影响3．静力初始剪应力对土动强度的影响9.4.2土的动力应力应变关系简述1．动载作用下的变形阶段划分（1）小应变阶段（2）中应变阶段（3）大应变阶段2．土的应力应变滞回圈与骨架曲线9.5土的动力特征参数9.5.1土的主要动力特征参数1．土的动剪切模量2.土的阻尼比3．土的剪切波速9.5.2影响土的动剪切模量与阻尼特性的主要因素THEEND