土動(dòng)力學(xué)一一

第五章土的動(dòng)力指標(biāo)及其測(cè)定3/21/2023土動(dòng)力學(xué)第一節(jié)概述動(dòng)力計(jì)算方法大致可分為兩大類擬靜力法（c、φ）動(dòng)力反應(yīng)分析方法（G、λ）試驗(yàn)?zāi)康姆譃槿齻€(gè)方面測(cè)定土的基本動(dòng)力參數(shù)土體的動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)土體結(jié)構(gòu)在受振條件下的原型觀測(cè)3/21/2023土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)條件分類原位試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)原型觀測(cè)3/21/2023土動(dòng)力學(xué)主要?jiǎng)恿?shù)土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)（c、φ）動(dòng)模量（E、G）泊松比μ阻尼比λ液化參數(shù)：循環(huán)剪應(yīng)力比、循環(huán)變形和孔隙水壓力反應(yīng)由于動(dòng)力試驗(yàn)條件的復(fù)雜性，一項(xiàng)動(dòng)力參數(shù)可以通過多種試驗(yàn)方法測(cè)求3/21/2023土動(dòng)力學(xué)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法波速法荷載板震動(dòng)法動(dòng)力旁壓試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)方法動(dòng)單剪試驗(yàn)共振柱試驗(yàn)動(dòng)三軸試驗(yàn)3/21/2023土動(dòng)力學(xué)不同試驗(yàn)方法的測(cè)量應(yīng)變范圍3/21/2023土動(dòng)力學(xué)第二節(jié)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)激振，產(chǎn)生動(dòng)荷載作用，測(cè)定土的實(shí)際性狀（應(yīng)力、應(yīng)變、孔隙水壓力、速度、加速度）進(jìn)行原型觀測(cè)和實(shí)錄分析3/21/2023土動(dòng)力學(xué)一、波速試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康膱?chǎng)地地層分類和場(chǎng)地類別劃分提供地基土的動(dòng)力參數(shù)為場(chǎng)地地震反應(yīng)分析提供依據(jù)探測(cè)地質(zhì)異常體3/21/2023土動(dòng)力學(xué)彈性波在土中的傳播速度反映了土的彈性性質(zhì)土只有在小應(yīng)變的情況下才被視為彈性體對(duì)于飽和土，充滿在孔隙中的水可以傳遞壓縮波，水的壓縮波波速為1300～1500m/s，遠(yuǎn)大于土的骨架傳遞的波速（300m/s左右）。因此，飽和土中的壓縮波波速不反映土的骨架的彈性性質(zhì)，而是水的性質(zhì)，并且為一常數(shù)3/21/2023土動(dòng)力學(xué)對(duì)于非飽和土，隨著含水量的變化，壓縮波速具有不確定性，因此也不用巖體除外，壓縮波速遠(yuǎn)大于水（3500m/s以上）。3/21/2023土動(dòng)力學(xué)土中的孔隙水不不能傳遞剪切波波。剪切波在土中只只受土的骨架的的剪切變形所控控制土的波速測(cè)試，，主要是測(cè)剪切切波波速3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)單孔波速速法3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)測(cè)試原理理利用直達(dá)達(dá)波的原原理。測(cè)測(cè)出激發(fā)發(fā)震源與與信號(hào)接接收點(diǎn)之之間的距距離以及及剪切波波的傳播播時(shí)間，，即可由由下式求求剪切波波速vs＝ΔL/ΔΔt（（5－1）3/17/2023土動(dòng)力學(xué)震源設(shè)備擊板法彈簧激振法定向爆破法測(cè)試設(shè)備孔內(nèi)三分量檢檢波器（震動(dòng)動(dòng)接受器）地震儀（包括括波記錄器和和計(jì)時(shí)器）3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)孔上法：將傳傳感器放在地地表，在鉆孔孔中的不同深深度激發(fā)剪切切波孔下法：在地地表激振，在在鉆孔中的不不同深度處檢檢測(cè)剪切波3/17/2023土動(dòng)力學(xué)成果整理與應(yīng)應(yīng)用3/17/2023土動(dòng)力學(xué)成果分析提出場(chǎng)地內(nèi)各各類土層的波波速范圍按波速分層對(duì)波速低的土土層分析液化化的可能性估計(jì)場(chǎng)地的卓卓越周期分析場(chǎng)地穩(wěn)定定性和邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性為劃分場(chǎng)地土土的類別提供供依據(jù)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)自動(dòng)觸發(fā)發(fā)式聲波波儀3/17/2023土動(dòng)力學(xué)自動(dòng)觸發(fā)式聲波儀儀3/17/2023土動(dòng)力學(xué)跨孔法3/17/2023土動(dòng)力學(xué)跨孔試驗(yàn)的四要要素鉆孔：鉆孔必須須垂直，10m深度以上的鉆鉆孔必須測(cè)斜確確定垂直度振源：主要采用用脈沖振源。必必須具有產(chǎn)生一一種波為主的能能力，必須具有有在預(yù)定的能量量水平上重復(fù)所所需要的特性的的能力地震接收器：適適用于接收剪切切波的速度傳感感器（自振頻率率為4～15Hz）記錄儀：常用示示波器。精度0.2mm或傳傳播時(shí)間的5%3/17/2023土動(dòng)力學(xué)表面振動(dòng)法3/17/2023土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)原理在地面施加一定頻頻率的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，，振動(dòng)能量以面波波的形式向四周傳傳播面波的波速vR=fL土層的面波波速是是一定的，面波波波長(zhǎng)隨波動(dòng)頻率的的不同而變化測(cè)試時(shí)，人為控控制頻率，只要要測(cè)出面波波長(zhǎng)長(zhǎng)，就可以求得得面波波速3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)震源采用用機(jī)械式式或電磁磁式激振振器。前前者振動(dòng)動(dòng)能力較較大，頻頻率較低低；后者者頻率高高，衰減減較快，，傳輸距距離短。。拾振器必必須是寬寬頻帶的的，并與與激振器器的頻率率范圍一一致3/17/2023土動(dòng)力學(xué)資料分析與成成果整理求得在各個(gè)頻頻率下的面波波波速值，取取平均值，即即為場(chǎng)地的面面波波速剪切波波速略略大于面波波波速隨泊松比（0～0.5））增高，面波波波速接近剪剪切波速土層的泊松比比一般為0.3～0.5飽和軟粘土的的泊松比為0.45～0.5，因此此vs/vR=0.98左左右面波測(cè)試的有有效深度為半半波長(zhǎng)，即H=L/23/17/2023土動(dòng)力學(xué)震源常采用偏心心質(zhì)量塊產(chǎn)生不不平衡擾力3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)地脈動(dòng)測(cè)測(cè)試儀器器3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)波速法在在工程中中的應(yīng)用用巖土動(dòng)力力參數(shù)計(jì)計(jì)算3/17/2023土動(dòng)力學(xué)劃分場(chǎng)地土的抗抗震類別類別平均剪切波速（m/s)堅(jiān)硬場(chǎng)地土>500中硬場(chǎng)地土250~500中軟場(chǎng)地土140~250軟弱場(chǎng)地土≤1403/17/2023土動(dòng)力學(xué)地基剛度系數(shù)數(shù)計(jì)算3/17/2023土動(dòng)力學(xué)計(jì)算場(chǎng)地的卓越周周期3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)波速法的的室內(nèi)應(yīng)應(yīng)用土樣直徑徑76.2mm，長(zhǎng)度度為L(zhǎng)。。通過一個(gè)個(gè)鋁質(zhì)活活塞施加加豎向荷荷載。脈沖波從從一端的的壓電晶晶體發(fā)送送，在另另一端接接受。接受到的的信號(hào)通通過示波波器顯示示，示波波器同時(shí)時(shí)測(cè)出時(shí)時(shí)間tc。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定的的縱波波波速3/17/2023土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的剪剪切波速3/17/2023土動(dòng)力學(xué)二、荷載板振動(dòng)試試驗(yàn)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)三、動(dòng)力旁旁壓試驗(yàn)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)等效剪切模模量和等效效阻尼比3/17/2023土動(dòng)力學(xué)第三節(jié)室內(nèi)內(nèi)試驗(yàn)任何場(chǎng)地的土在在平面內(nèi)或深度度上都不是均質(zhì)質(zhì)的，因此，必必須在所有的建建筑場(chǎng)地進(jìn)行土土工試驗(yàn)，以估估價(jià)土的強(qiáng)度及及其它有關(guān)性質(zhì)質(zhì)。在所有室內(nèi)強(qiáng)度度試驗(yàn)中，最重重要的是盡可能能準(zhǔn)確地重現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地荷載條件件。要求模擬現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的各向異性性、應(yīng)變速率和和排水條件。動(dòng)力試驗(yàn)的難點(diǎn)點(diǎn)在于使應(yīng)變的的增長(zhǎng)速率和實(shí)實(shí)際動(dòng)力問題一一樣。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)靜三軸試驗(yàn)中加加荷時(shí)間為10～15分鐘或或更長(zhǎng)時(shí)間，而而動(dòng)荷載的加荷荷時(shí)間僅幾分之之一秒，因此必必須設(shè)計(jì)特殊的的加荷裝置。動(dòng)力試驗(yàn)中所有有的測(cè)量值都必必須自動(dòng)記錄。。土動(dòng)力試驗(yàn)的物物質(zhì)基礎(chǔ)包括成成樣設(shè)備、激振振設(shè)備和量測(cè)設(shè)設(shè)備三大系統(tǒng)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)一、試驗(yàn)設(shè)備備圓桶試驗(yàn)動(dòng)力直剪儀動(dòng)三軸儀震動(dòng)單剪儀扭剪儀3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)激振設(shè)備機(jī)械式激振、：偏心式、離心式、、沖擊式電磁式激振電動(dòng)-液壓式氣動(dòng)式激振3/17/2023土動(dòng)力學(xué)量測(cè)設(shè)備系統(tǒng)傳感器放大器記錄儀數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)量測(cè)的物理量動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變、、圍壓、孔隙水壓壓力、體積應(yīng)變3/17/2023土動(dòng)力學(xué)二、振動(dòng)單剪試試驗(yàn)

Dynamicsimpleshear3/17/2023土動(dòng)力學(xué)剛性式單剪儀主要由剪力盒、、施加循環(huán)荷載載的裝置盒電子子記錄系統(tǒng)構(gòu)成成試驗(yàn)數(shù)據(jù)用來確確定剪切參數(shù)、、土的模量和阻阻尼、松砂的液液化勢(shì)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)柔性式單剪儀3/17/2023土動(dòng)力學(xué)單剪試驗(yàn)的應(yīng)變變時(shí)程曲線3/17/2023土動(dòng)力學(xué)不同動(dòng)剪應(yīng)力下下振動(dòng)次數(shù)與水水平位移的關(guān)系系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)不同法向向應(yīng)力下下動(dòng)剪應(yīng)應(yīng)力與水水平位移移的關(guān)系系3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)動(dòng)單剪試試驗(yàn)的觀觀察結(jié)論論對(duì)于給定定的σv和Dr，τh減小，則則引起液液化所需需的N值值增加對(duì)于給定定的Dr和N值，，σv減小，則則產(chǎn)生液液化所需需的τh也減小當(dāng)Dr<80%時(shí)。。引起液液化所需需的τh隨Dr的增加而而線性增增加3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)三、共振柱試驗(yàn)驗(yàn)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)測(cè)定振動(dòng)模量和和阻尼特性的共共振柱試驗(yàn)，是是以波在圓柱形形桿中傳播的原原理為基礎(chǔ)?？梢圆捎脤?shí)心柱柱狀土樣，也可可以采用空心柱柱狀土樣試樣的下端固定定，上端為自由由端3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)使土柱在在激振下下以某一一固有振振動(dòng)方式式振動(dòng)，，可以縱縱向激振振，也可可以扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)激振，，測(cè)出共共振頻率率，從而而分別給給出壓縮縮波速和和剪切波波速調(diào)節(jié)激振振頻率使使土樣發(fā)發(fā)生共振振根據(jù)共振振頻率、、土樣和和激振設(shè)設(shè)備的幾幾何特性性計(jì)算模模量在共振時(shí)時(shí)停機(jī)記記錄振幅幅的衰減減，可計(jì)計(jì)算出對(duì)對(duì)數(shù)衰減減率和阻阻尼3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)縱向振動(dòng)測(cè)定定的參數(shù)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)粘土μμ=0.45~0.50粉質(zhì)粘土μ=0.40~0.45粉土μμ=0.35~0.45砂土μμ=0.30~0.353/17/2023土動(dòng)力學(xué)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)定的參參數(shù)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)剪切波速與與級(jí)配、顆顆粒分布、、相對(duì)密度度無關(guān)剪切波速與與孔隙比、、有效周圍圍壓力有關(guān)關(guān)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)孔隙比對(duì)正常常固結(jié)粘土剪剪切模量的影影響3/17/2023土動(dòng)力學(xué)孔隙比和平平均周圍壓壓力相同的的條件下，，特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)的高靈敏敏度粘土比比正常固結(jié)結(jié)粘土的剪剪切模量值值大。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)次固結(jié)對(duì)粘土剪剪切模量的影響響剪切模量隨主固固結(jié)過程而增加加在次固結(jié)期間剪剪切模量繼續(xù)增增加在次固結(jié)過程中中，剪切模量的的增加不單純是是因?yàn)榭紫侗鹊牡臏p少，也可能能是由于土結(jié)構(gòu)構(gòu)的變化引起的的。剪切模量會(huì)因有有效應(yīng)力的變化化而降低。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)大應(yīng)變振幅的剪剪切模量采用空心柱狀土土樣進(jìn)行共振柱柱試驗(yàn)，以便確確定砂在大應(yīng)變變振幅時(shí)的剪切切模量空心柱狀試樣的的內(nèi)外直徑為40mm和50mm。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)密實(shí)砂的剪切模模量隨剪切應(yīng)變變幅值而變化各類土的剪切模模量隨應(yīng)變幅值值的增大而減小小。在應(yīng)變幅值值大于10－4時(shí)減小得更快試驗(yàn)得到的剪切切模量是割線模模量，滯回圈頂頂點(diǎn)的連線，小小應(yīng)變的G值比比大應(yīng)變的G值值大。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)預(yù)應(yīng)變對(duì)土剪切模模量的影響在某一恒定的周圍圍壓力下，使砂樣樣先作一定次數(shù)的的大應(yīng)變幅值振動(dòng)動(dòng)，然后在小應(yīng)變變幅值扭轉(zhuǎn)振動(dòng)下下測(cè)定剪切模量。。剪切模量隨預(yù)應(yīng)變變振動(dòng)次數(shù)的增加加而增加。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)共振柱試驗(yàn)測(cè)定阻阻尼比阻尼比可用一端固固定、一端自由的的共振柱試驗(yàn)來確確定。先使土樣處于穩(wěn)態(tài)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)，然后后切斷電源，在共共振時(shí)停機(jī)記錄振振幅的衰減。繪制振動(dòng)次數(shù)和振振幅衰減的關(guān)系曲曲線，可計(jì)算出對(duì)對(duì)數(shù)衰減率和阻尼尼。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)帶寬法確定定阻尼比3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)對(duì)數(shù)遞減率與與振幅的關(guān)系系對(duì)給定的固結(jié)結(jié)壓力，干砂砂的對(duì)數(shù)遞減減率一般隨振振幅的減小而而減小，大致致與振幅的0.25次方方成正比。飽飽和砂的對(duì)數(shù)數(shù)遞減率在振振幅的0.0～0.13次方之間變變動(dòng)。對(duì)給定的固結(jié)結(jié)壓力，飽和和砂的對(duì)數(shù)遞遞減率在縱向向振動(dòng)時(shí)不因因振幅而有明明顯的變化。。在給定的振幅幅下，對(duì)數(shù)遞遞減率隨影響響固結(jié)壓力的的增大而減小小。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)砂的對(duì)數(shù)遞減率隨隨振幅的增大而減減小，在雙對(duì)數(shù)坐坐標(biāo)圖中不是直線線關(guān)系對(duì)數(shù)遞減率與試樣樣的應(yīng)力變化過程程、荷載作用時(shí)間間有關(guān)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)四、動(dòng)三軸軸試驗(yàn)動(dòng)三軸試驗(yàn)驗(yàn)通過對(duì)試試樣施加模模擬的動(dòng)主主應(yīng)力，測(cè)測(cè)求試樣在在承受動(dòng)荷荷載作用時(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)反反應(yīng)。最基本和最最主要的動(dòng)動(dòng)態(tài)反應(yīng)是是動(dòng)應(yīng)力與與動(dòng)應(yīng)變、、動(dòng)應(yīng)力與與孔隙水壓壓力。根據(jù)應(yīng)力、、應(yīng)變和孔孔壓的相對(duì)對(duì)關(guān)系求各各種參數(shù)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)日本產(chǎn)土動(dòng)動(dòng)三軸儀3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)試驗(yàn)原理理3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)動(dòng)三軸試試驗(yàn)記錄錄的時(shí)程程曲線3/17/2023土動(dòng)力學(xué)破壞標(biāo)準(zhǔn)1、極限平衡衡標(biāo)準(zhǔn)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)動(dòng)力試驗(yàn)破壞標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)3/17/2023土動(dòng)力學(xué)2、液化標(biāo)準(zhǔn)在Kc=σ1/σ3=1.0的條件件下施加動(dòng)載，，孔隙壓力u不不斷上升，當(dāng)u=σ3時(shí)，有效應(yīng)力等等于零。土完全全喪失強(qiáng)度，處處于粘滯液體狀狀態(tài)，稱為液化化狀態(tài)。這種狀狀態(tài)作為土的破破壞標(biāo)準(zhǔn)，即為為液化標(biāo)準(zhǔn)。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)3、破壞應(yīng)變標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于不出現(xiàn)液化化的土，試驗(yàn)過過程中u始終小小于σ3。常采用破壞應(yīng)應(yīng)變?chǔ)舊=5%或10%作為破壞標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。當(dāng)Kc=1.0時(shí)，規(guī)定雙幅幅應(yīng)變2εd=5%或10%作為破壞標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn).當(dāng)Kc>1.0時(shí)，規(guī)定定總應(yīng)變（包括括殘留應(yīng)變?chǔ)舝和動(dòng)應(yīng)變?chǔ)興）達(dá)到5%或10%作為破壞壞標(biāo)準(zhǔn)。3/17/2023土動(dòng)力學(xué)學(xué)四、動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)Cd和φd在某種靜靜應(yīng)力狀狀態(tài)下,周期荷荷載使土土試件在在某一振振次下發(fā)發(fā)生破壞壞,這時(shí)時(shí)試件45°面面上的動(dòng)動(dòng)剪應(yīng)