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Mechanic Properties of Soil Under Dynamic Loads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Lower San Fernando 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 1964 Niigata earthquake, Japan 地 震 造 成 的 涌 砂地 震 造 成 Showa 大 桥 基 础 移 位 ,桥 梁 落 台 . sandboil Alaska Earthquake 1964 1964年 阿 拉 斯 加 地 震 砂 土 液 化 造 成 砂 质 边 坡 失 稳 Alaska Earthquake 1964 路 基 下 的 薄粉 砂 层 和 透 镜体 液 化 后 造 成粘 土 路 基 开 裂 Santa Barbara Earthquake in 1925 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 Loma Prieta earthquake, USA 地 震 液 化 后 的 涌 砂 1989 Loma Prieta earthquake, USA 地 震 液 化 后 的 涌 砂 塞 纳 河 堤 在 地 震 液 化 后 的 沉 陷 1995 Kobe earthquake, Japan 地 基 液 化 对 公 路 的 损 坏 1995 Kobe earthquake, 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 g 0加速度(g) 0 时 间 t 时 间 t0P 1t 0t )(tP 0P荷载P 时 间 t峰 值0P 1t 0t g )(tP 0P00 时 间 t 时 间 t加速度 荷载荷载P 时 间 t峰 值 g 0加速度(g) 0 时 间 t 时 间 t0P 1t 0t )(tP 0P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 23 1 4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 0 10.10.20.3 3 10 30 100液化应力比 往 返 加 荷 次 数饱 和 度 Sr=0.980.990.9950.9981 Dr=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) 040080016001200 10 100 1000 10000 100000往 复 加 荷 次 数 N3s 往 复 加 荷 次 数 N 10000010000100010010120016008004000往复应力峰值(KPa) 98.1kpa491.2kpa1471.5kpa3s a) 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 （ Q 3） 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 ： 5.425.1 32000 bwu bw bu dddd ddd ddd 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 。 cwscr ddNN /31.09.00 cscr dNN /31.04.20 在 地 面 下 15 20米 范 围 内在 地 面 下 15 20米 范 围 内sdccrN 0N 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 THE END