土动力学2015-03

1、岩土工程研究所河海大学河海大学 岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验弹性波和光波一样，在传递到不同土层（二层土的密度和性质不同）分界面时发生弹性波和光波一样，在传递到不同土层（二层土的密度和性质不同）分界面时发生折射与反射。折射与反射。设弹性波通过二层土的速度分别为设弹性波通过二层土的速度分别为v1、v2，且，且v2 v1，则入射角和折射角的关系为：则入射角和折射角的关系为：当折射角当折射角 等于等于90900 0时，折

2、射线与界面平行，并以时，折射线与界面平行，并以v2的速度传播，这时的入射角称的速度传播，这时的入射角称为临界角为临界角 。2c21sinvvc2121sinsinvv21sinvvc岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验沿界面传播的弹性波在途中一部分又以临界角的方向向上层折射，以沿界面传播的弹性波在途中一部分又以临界角的方向向上层折射，以v1 1的速度传播，在的速度传播，在地面不同距离设拾震器，观测弹性波从震源到达观测点的时间，绘制观测点距离与波地面不同距离设拾震器，观测弹性波从震源到达观测点的时间，绘制观测点距离与波到达时间的关系曲线。到

3、达时间的关系曲线。从从A A点发射的弹性波，有从上层直接传播的，也有从下层折射再回到地面的，距点发射的弹性波，有从上层直接传播的，也有从下层折射再回到地面的，距A A点近点近的观测点首先到达的是直达波，距离远的首先到达的是折射波。从的观测点首先到达的是直达波，距离远的首先到达的是折射波。从x-tx-t相交的两条直线相交的两条直线的斜率可以得到波速的斜率可以得到波速v1和和v2。两线交点表示的距离。两线交点表示的距离x x0 0称为临界距离。在称为临界距离。在x x0 0处直达波与折处直达波与折射波同时达到，可计算出射波同时达到，可计算出z z。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性

4、质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验从从A A点经点经B B、C C到达到达D D点所需的总时间点所需的总时间: :从从A A到到B B和和C C到到D D所需的时间：所需的时间：从从B B到到C C所需的时间：所需的时间：代入总时间公式得：代入总时间公式得：1021212220)/(2vxvvvvzvxCDBCABttttcCDABvzttcos1cccvzvzzxtcos2cossin212ccBCvzzxtcossin22代入上式，将cccvv221sin1cossin)()/(22121222avvvvzvxt得到：式成立，时，当成立，时，当)(010axxvxtxx)/()(2

5、112120vvvvxz岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验土层的厚度土层的厚度z z可由下式计算：可由下式计算：以上是二个水平土层的情况，实际土层往往要复杂得多，如土层倾斜，地基由多以上是二个水平土层的情况，实际土层往往要复杂得多，如土层倾斜，地基由多层组成，可将这原理推广到这些情况进行测试。层组成，可将这原理推广到这些情况进行测试。当三层土层时：且当三层土层时：且v1 v2 v3第二层土层厚度可由下式计算：第二层土层厚度可由下式计算：折射法适用于下层土的波速大于上层土的波速。勘察深度在百米以内。折射法适用于下层土的波速大于上层土的波速

6、。勘察深度在百米以内。)/()(212120vvvvxz222332312123122221vvvvvvvvztzi岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验v适用于深层勘查，土层厚度可大于适用于深层勘查，土层厚度可大于100m100m。利用弹性波反射的原理，在地面上设振源，在距振源不同距离处设拾振器。利用弹性波反射的原理，在地面上设振源，在距振源不同距离处设拾振器。试验原理是入射角等于反射角，反射条件是上下层试验原理是入射角等于反射角，反射条件是上下层 不等，相差越大，反射能不等，相差越大，反射能力越强。力越强。在不同距离上设测振器，测得反射

7、波达到时间：在不同距离上设测振器，测得反射波达到时间：t tx x为双曲线，为双曲线，t t2 2x x2 2为直线为直线222241)2(2zxvzxvvBCABt220241vtzvzt20222021xvtt岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验在地面上设置一稳态竖向振动的激振器，用两个拾振器观察所接受信号的相位差，在地面上设置一稳态竖向振动的激振器，用两个拾振器观察所接受信号的相位差，直到两拾振器的信号输出同相位，二者的距离即为一个波长直到两拾振器的信号输出同相位，二者的距离即为一个波长L L。由激振频率由激振频率f 得到瑞利波速度

8、：得到瑞利波速度：对于均质土，对于均质土， 改变，改变， 不变，对于非均质土，不变，对于非均质土， 改变，改变， 改变。改变。以不同频率激振可得到波速以不同频率激振可得到波速 随频率随频率 或波长或波长L L变化的曲线，称为弥散曲线。变化的曲线，称为弥散曲线。 不是不是真正的波速，称为相速度。根据弥散曲线可分析得到土层的真正波速。真正的波速，称为相速度。根据弥散曲线可分析得到土层的真正波速。Lfvrsrvkv岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验稳态激振测瑞利波速简单易行，但现场的工作时间较多，发展了稳态激振测瑞利波速简单易行，但现场的工作

9、时间较多，发展了冲击荷载在地面激振的表面波谱分析法（冲击荷载在地面激振的表面波谱分析法（Spectral Analysis of Surface Waves),简称简称SASW法。法。表面波速法还可以量测地面上振源能量向四周扩散的衰减特性。表面波速法还可以量测地面上振源能量向四周扩散的衰减特性。以上三种方法都是在地面测试，对难以钻孔取样和试验的土层如以上三种方法都是在地面测试，对难以钻孔取样和试验的土层如砾类土尤其适用。但地面上测试受干扰大，用钻孔波速法可减少砾类土尤其适用。但地面上测试受干扰大，用钻孔波速法可减少地面其它振动的干扰。地面其它振动的干扰。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质

10、土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验钻孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。钻孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。1. 1. 孔下法孔下法振源放在地面上，拾振器放在钻孔中，固定在要探测的深度。振源放在地面上，拾振器放在钻孔中，固定在要探测的深度。振源：锤击厚板振源：锤击厚板 波速：波速：压缩波比剪切波快先到达。压缩波比剪切波快先到达。振动触探器：将拾振器安装在静力触探锥头内，可同时得到锥头阻力、摩擦力振动触探器：将拾振器安装在静力触探锥头内，可同时得到锥头阻力、摩擦力和剪切波速。和剪切波速。tdv 岩土工程研究所第二章第二章 土

11、的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验钻孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。钻孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。2. 2. 孔上法孔上法振源放在钻孔中，拾振器放在地面上，适用于爆炸振源。振源放在钻孔中，拾振器放在地面上，适用于爆炸振源。孔上法与孔下法都只用一个钻孔，费用低，但对不同土层测试的误差大。孔上法与孔下法都只用一个钻孔，费用低，但对不同土层测试的误差大。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验钻孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。钻

12、孔波速法按振源和拾振器的布置不同分为：孔下法、孔上法和跨孔法。3. 3. 跨孔法跨孔法两个以上钻孔，在一个钻孔中用落锤夯击孔底作为振源，在另外二孔中放拾振器，两个以上钻孔，在一个钻孔中用落锤夯击孔底作为振源，在另外二孔中放拾振器，观测波到达时间。观测波到达时间。在不同深度测试可得到不同深度土层中波速的变化，误差小于在不同深度测试可得到不同深度土层中波速的变化，误差小于5%。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-2 2-2 原位动力试验原位动力试验除以上的原位动力测试方法外，还可以根据标准贯除以上的原位动力测试方法外，还可以根据标准贯入试验的击数，用已有试验资料分析提供的经验关

13、入试验的击数，用已有试验资料分析提供的经验关系推求剪切波速或压缩波速，计算土层的动剪切模系推求剪切波速或压缩波速，计算土层的动剪切模量和动弹性模量。量和动弹性模量。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（1 1）室内试验确定液化剪应力）室内试验确定液化剪应力（2 2）标贯试验确定液化剪应力）标贯试验确定液化剪应力（3 3）临界标贯击数）临界标贯击数（4 4）SeedSeed的简化方法的简化方法（5 5）临界剪切波速）临界剪切波速（6 6）相对密实度）相对密实度2.2.影响饱和砂土

14、液化的主要因素影响饱和砂土液化的主要因素（1 1）土的密度）土的密度（2 2）粒径）粒径（3 3）固结应力）固结应力（4 4）初始剪应力）初始剪应力岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度0u 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（1 1）室内试验确定液化剪应力）室内试验确定液化剪应力通过周期加荷三轴试验，测定在振动过程中试样的变形和孔隙水压力的变化。通过周期加荷三轴试验，测定在振动过程中试样的变形和孔隙水压力的变化。松砂与密砂随着加荷次数增加，孔压增大，最后达到初始的有效固结压力时松砂与密砂随着加荷次数增加，孔压增大

15、，最后达到初始的有效固结压力时 ，称为初始液化，松砂在液化时变形很快增大，密砂在液化时不发生大变，称为初始液化，松砂在液化时变形很快增大，密砂在液化时不发生大变形，只产生有限应变的周期软化，处于不稳定状态，称为周期活动性。根据试验形，只产生有限应变的周期软化，处于不稳定状态，称为周期活动性。根据试验资料，不论密砂还是松砂，达到初始液化时剪应变范围为资料，不论密砂还是松砂，达到初始液化时剪应变范围为2.5-3.5%，平均剪应变，平均剪应变为为3%，因此可以将剪应变，因此可以将剪应变3%作为初始液化或破坏的标准，对松砂和密砂都适合作为初始液化或破坏的标准，对松砂和密砂都适合。将试验得到的。将试验得

16、到的 关系曲线作为液化分析的依据。通过计算分析得出动应关系曲线作为液化分析的依据。通过计算分析得出动应力力 ，从液化试验得出液化剪应力，从液化试验得出液化剪应力 。如果。如果 即判别为液化。即判别为液化。flNdlld岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（1 1）室内试验确定液化剪应力）室内试验确定液化剪应力 达到初始液化达到初始液化 周期活动性周期活动性岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1

17、.砂土液化的判别砂土液化的判别（2 2）标贯试验确定液化剪应力）标贯试验确定液化剪应力周期加荷三轴试验需要使用原状试样，从地下水位以下取原状松砂样很困难，需要专门周期加荷三轴试验需要使用原状试样，从地下水位以下取原状松砂样很困难，需要专门的设备和技术，在工程勘察初步阶段，可根据原位标准贯入试验锤击数，按经验公式确的设备和技术，在工程勘察初步阶段，可根据原位标准贯入试验锤击数，按经验公式确定在定在N=20周时达到初始液化的剪应力。周时达到初始液化的剪应力。对于松砂和中密砂土：对于松砂和中密砂土：N1标准贯入试验修正到有效上复土重压力为标准贯入试验修正到有效上复土重压力为98.1kPa时的锤击数，

18、考虑锤击数随压力增时的锤击数，考虑锤击数随压力增大的影响。大的影响。 竖向有效土重压力，竖向有效土重压力，MPaN63.5标准贯入试验实测锤击数。标准贯入试验实测锤击数。 50120035. 0log225. 00676. 0dNl05. 00676. 01200Nlmmdmm6 . 004. 050mmdmm5 . 16 . 0505 .6317 . 0107 . 1NNvv岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（2 2）标贯试验确定液化剪应力）标贯试验确定液化剪应力天然砂土层

19、常含有一定的细颗粒（天然砂土层常含有一定的细颗粒（10-50%），随着细粒含量增多，抗液化），随着细粒含量增多，抗液化能力提高。即在相同锤击数时，含细颗粒的土液化周期剪应力较高。能力提高。即在相同锤击数时，含细颗粒的土液化周期剪应力较高。C C细粒含量细粒含量以上公式限于砂土或粉土，对于低塑性尾矿砂、粉煤灰不适用。可用下式：以上公式限于砂土或粉土，对于低塑性尾矿砂、粉煤灰不适用。可用下式：以上公式都是计算以上公式都是计算N=20周的周期剪应力，对于其它周数周的周期剪应力，对于其它周数 可根据试可根据试验得到的资料推算（修正）。验得到的资料推算（修正）。 CNl0035. 00676. 0120

20、05012005 . 0log085. 00676. 0dNl5 . 7M岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度cwscrpddNN3)( 1 . 09 . 00 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（3 3）临界标贯击数）临界标贯击数我国自我国自6060年代就开始用标准贯入试验锤击数作为区分土层液化与否的准则，根据年代就开始用标准贯入试验锤击数作为区分土层液化与否的准则，根据对发生地震后曾液化与未液化土层的研究，提出了一个抗震规范中的经验公式：对发生地震后曾液化与未液化土层的研究，提出了一个抗震规范中的经验公式：

21、15m 15m-20mN Ncrcr饱和砂土在深度为饱和砂土在深度为dsm, ,地下水位距地面地下水位距地面dwm发生液化的临界贯入击数；发生液化的临界贯入击数；d ds s判别土层的深藏的深度，判别土层的深藏的深度，md dw w 地下水位距地面深度，地下水位距地面深度，m p pc c粘粒含量（粘粒含量（d0.005mm) ) N N0 0饱和砂土液化判别标贯击数基准值，与地震烈度、震级有关。饱和砂土液化判别标贯击数基准值，与地震烈度、震级有关。 cscrpdNN31 . 04 . 20岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化

22、与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（3 3）临界标贯击数）临界标贯击数近震近震烈度与震中烈度相差小于烈度与震中烈度相差小于2 20 0的；的；远震远震烈度与震中烈度等于或大于烈度与震中烈度等于或大于2 20 0的。的。 近震近震设计烈度设计烈度N0远震远震设计烈度设计烈度N076788108139169181024液化不液化crcrNNNN5 .635 .63岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（4 4）SeedSeed的简化方法的简化方法SeedSeed根据地

23、震时发生液化与不液化的土层资料，得到根据地面加速度推算的周期根据地震时发生液化与不液化的土层资料，得到根据地面加速度推算的周期剪应力比剪应力比 与标准贯入阻力与标准贯入阻力N1的关系。的关系。 液化液化 根据根据 与与N N1 1的关系可作一条液化与的关系可作一条液化与 未液化的分界线，得到任一给定未液化的分界线，得到任一给定N N1 1 不液化不液化 值时发生液化的最小周期剪应力。值时发生液化的最小周期剪应力。 N1=CNN63.5 N1 CN与有效土重压力和相对密度有与有效土重压力和相对密度有关关 mmdM25. 021750vlvlvl岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质

24、2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（4 4）SeedSeed的简化方法的简化方法岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（5 5）临界剪切波速）临界剪切波速深度深度z(m)z(m)处土层的剪切波速处土层的剪切波速vs s(m/s)(m/s)大于下式计算的临界剪切波速大于下式计算的临界剪切波速vscsc时，时，可判为不液化。可判为不液化。KH地面地震加速度系数，与地震烈度有关。地面地震加速度系数，与地震烈度有关。)01

25、. 01 (291zzKvHsc烈度烈度KH70.180.290.4100.8岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 1.1.砂土液化的判别砂土液化的判别（6 6）相对密实度）相对密实度砂土发生液化时的剪应力近似与相对密实度成正比，以周期加荷砂土发生液化时的剪应力近似与相对密实度成正比，以周期加荷2020周发生液周发生液化的剪应力比为例，标准砂的剪应力比数值与相对密度有以下关系：化的剪应力比为例，标准砂的剪应力比数值与相对密度有以下关系：上式适用于相对密度在上式适用于相对密度在30%-70%30%-70%的情况。的情

26、况。水工建筑物抗震规范水工建筑物抗震规范对地震烈度为对地震烈度为6-96-9度的区域已有按砂土地层相对密度度的区域已有按砂土地层相对密度判别液化的建议，有人认为可以外延到判别液化的建议，有人认为可以外延到烈度烈度1010度地区。度地区。如果某地区的如果某地区的D Dr r大于表中的临界相对密度，则不会液化，反之则可能液化。大于表中的临界相对密度，则不会液化，反之则可能液化。rdlD0035. 02200设计烈度设计烈度Dr,cr(%)665770875980-851090岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度 判别液

27、化的步骤：判别液化的步骤：1.1.确定可能地震时地面加速度时程线。震级、烈度（由地震局提供）；烈度确定可能地震时地面加速度时程线。震级、烈度（由地震局提供）；烈度 大于等于大于等于6 6度考虑液化，否则不考虑。度考虑液化，否则不考虑。2.2.确定不同深度处由地震引起的不规则剪应力时程线。确定不同深度处由地震引起的不规则剪应力时程线。3.3.将剪应力时程线变换为等效周数将剪应力时程线变换为等效周数Neq的周期剪应力。绘出周期剪应力随深的周期剪应力。绘出周期剪应力随深度变化的曲线。度变化的曲线。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化

28、与土的动强度 判别液化的步骤：判别液化的步骤：4.4.确定确定Neq周液化周液化的剪应力，绘出液化剪应力随深度变化的曲线。的剪应力，绘出液化剪应力随深度变化的曲线。5.5.比较计算的周期剪应力与液化剪应力，比较计算的周期剪应力与液化剪应力， 的范围内液化。的范围内液化。lav岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.影响饱和砂土液化的主要因素影响饱和砂土液化的主要因素（1 1）土的密度）土的密度周期加荷周期加荷2020周发生液化的剪应力比（标准砂）周发生液化的剪应力比（标准砂）上式适用于上式适用于Dr=30-70

29、%Dr70%，不容易发生液化。不容易发生液化。rdlD0035. 0220021. 02%,60200drD岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.影响饱和砂土液化的主要因素影响饱和砂土液化的主要因素（2 2）粒径）粒径粘性土由于细颗粒有粘着力，难发生液化粘性土由于细颗粒有粘着力，难发生液化砾砂等粗粒土透水性大，振动时孔压消散快，也难发生液化。中细粒径的砂土、粉土砾砂等粗粒土透水性大，振动时孔压消散快，也难发生液化。中细粒径的砂土、粉土最容易发生液化。一般情况，塑性指数高的粘性土不易液化，低塑性和无塑性的土容最

30、容易发生液化。一般情况，塑性指数高的粘性土不易液化，低塑性和无塑性的土容易液化。尾矿砂、粉煤灰颗粒细，属于低塑性，但易于液化。含粘性土的砂、砾，抗易液化。尾矿砂、粉煤灰颗粒细，属于低塑性，但易于液化。含粘性土的砂、砾，抗液化能力强。液化能力强。 均匀的土均匀的土 级配良好的土级配良好的土岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.影响饱和砂土液化的主要因素影响饱和砂土液化的主要因素（3 3）固结应力）固结应力天然土层是天然土层是k0k0固结状态，即竖向有效应力为固结状态，即竖向有效应力为 ，侧向有效应力为，侧向有效

31、应力为 ，与动三轴试验时各向等压固结的应力状态不同。用动三轴试验结果来判别天与动三轴试验时各向等压固结的应力状态不同。用动三轴试验结果来判别天然土层的液化可能性时，需加以修正。然土层的液化可能性时，需加以修正。天然土层平均固结应力：天然土层平均固结应力：按动三轴试验修正的应力比公式：按动三轴试验修正的应力比公式：Cr为考虑应力条件不同的修正系数，随为考虑应力条件不同的修正系数，随Dr而异。而异。vvk67. 032100rdvlC02v00k岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.影响饱和砂土液化的主要因素影响

32、饱和砂土液化的主要因素（3 3）固结应力）固结应力岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.影响饱和砂土液化的主要因素影响饱和砂土液化的主要因素（4 4）初始剪应力）初始剪应力实际土体中，除水平表面的土层外，土体中都有初始剪应力。实际土体中，除水平表面的土层外，土体中都有初始剪应力。试样有初始剪应力与无初始剪应力相比，液化剪应力或动强度可能增大也可试样有初始剪应力与无初始剪应力相比，液化剪应力或动强度可能增大也可能减小，因试验时试样的密度、初始剪应力、周期剪应力以及规定的破坏应能减小，因试验时试样的密度、初始剪应

33、力、周期剪应力以及规定的破坏应变值大小而异。变值大小而异。较松的试样先随着固结比的增大而增大，而后又随固结比的增大而减小；较松的试样先随着固结比的增大而增大，而后又随固结比的增大而减小；较密实的试样总是随着固结比的增大而增大；较密实的试样总是随着固结比的增大而增大；中密的试样随着固结比的增大可能增大，也可能减小，因所定破坏时的应变中密的试样随着固结比的增大可能增大，也可能减小，因所定破坏时的应变而不同。而不同。在土体的抗震稳定分析时，确定土的动强度应考虑各种影响因素。在土体的抗震稳定分析时，确定土的动强度应考虑各种影响因素。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂

34、土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度粘性土在周期荷载作用下不发生液化，但由于孔压增长，有效应力下降，引起土体破粘性土在周期荷载作用下不发生液化，但由于孔压增长，有效应力下降，引起土体破坏。通常以周期应变或残余应变达到某一数值的周期剪应力作为动强度。动强度也随坏。通常以周期应变或残余应变达到某一数值的周期剪应力作为动强度。动强度也随加荷周数的增大而减小。加荷周数的增大而减小。周期加荷时粘性土的动强度与法向应力、初始剪应力、加荷周数有关。周期加荷时粘性土的动强度与法向应力、初始剪应力、加荷周数有关。1.1.粘性土动强度的确定粘性土动强度的确定在某一振次下（在某一振次下（N=5N=5），当

35、动剪应力幅值），当动剪应力幅值越大时，动剪应变幅值也越大。图越大时，动剪应变幅值也越大。图 (a)(a)、(b)(b)、(c)(c)的顺序动剪应力逐渐增大。得到的顺序动剪应力逐渐增大。得到图图(d)(d)某一振动次数的动剪应力与剪应变某一振动次数的动剪应力与剪应变关系曲线，可确定动强度关系曲线，可确定动强度 。df0岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度1.1.粘性土动强度的确定粘性土动强度的确定随着加荷周数增加，使土样受到扰动而软化，随着加荷周数增加，使土样受到扰动而软化，动强度降低。动强度降低。但如果加荷次数少，

36、扰动作用不大，加荷速但如果加荷次数少，扰动作用不大，加荷速率效应使动强度提高，动强度大于静强度。率效应使动强度提高，动强度大于静强度。若初始剪应力改变，应力若初始剪应力改变，应力- -应变曲线和动强应变曲线和动强度都会改变。初始剪应力越大，周期荷载度都会改变。初始剪应力越大，周期荷载下的抗剪强度越小。下的抗剪强度越小。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度1.1.粘性土动强度的确定粘性土动强度的确定将不同初始剪应力时的周期加载将不同初始剪应力时的周期加载N周的周的试样结果进行整理得到如图所示的规律。试样结果进行整理得

37、到如图所示的规律。振动次数相同时，动强度的增长率随着振动次数相同时，动强度的增长率随着初始剪应力的增大而减小。初始剪应力的增大而减小。初始剪应力相同时，动强度随着振动次初始剪应力相同时，动强度随着振动次数的增加而减小。数的增加而减小。 压实的粘性土在加荷周数较小时因加荷压实的粘性土在加荷周数较小时因加荷速率使动强度增大，因加荷次数增加土速率使动强度增大，因加荷次数增加土样扰动软化，动强度减小。样扰动软化，动强度减小。100100周时才周时才 压实粘土压实粘土 饱和软土饱和软土 接近静强度。接近静强度。岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂

38、土振动液化与土的动强度2.2.动强度的应用动强度的应用上述周期加荷试验得到的动强度是与土的初始剪应力、静强度以及加荷次数都有关，上述周期加荷试验得到的动强度是与土的初始剪应力、静强度以及加荷次数都有关，在计算时需根据土体实际受力情况选用动强度。动力稳定计算步骤如下：在计算时需根据土体实际受力情况选用动强度。动力稳定计算步骤如下：（1 1）用有限元法进行静力分析，计算沿滑弧面上各单元的法向有效应力和剪应力，得）用有限元法进行静力分析，计算沿滑弧面上各单元的法向有效应力和剪应力，得到各单元在地震前的初始剪应力比到各单元在地震前的初始剪应力比 ；（2 2）用有限元法进行地震时动力反应分析，计算沿滑弧

39、各单元动剪应力随时间的不规）用有限元法进行地震时动力反应分析，计算沿滑弧各单元动剪应力随时间的不规则变化，按则变化，按 0.65 折算为折算为N N周等效的等振幅周期荷载。地震时各单元总的剪应力等周等效的等振幅周期荷载。地震时各单元总的剪应力等于静剪应力与动剪应力之和。于静剪应力与动剪应力之和。（3 3）根据不同的初始剪应力比）根据不同的初始剪应力比 的周期加荷试验，得到某一周期加载周数的动的周期加荷试验，得到某一周期加载周数的动强度。绘出在该周数下不同初始剪应力比时的动强度与振前法向应力的关系线如下图强度。绘出在该周数下不同初始剪应力比时的动强度与振前法向应力的关系线如下图所示。所示。/0m

40、ax/0岩土工程研究所第二章第二章 土的动力性质土的动力性质2-3 2-3 砂土振动液化与土的动强度砂土振动液化与土的动强度2.2.动强度的应用动强度的应用由图可见，若按库伦强度包线表示土的动力抗剪由图可见，若按库伦强度包线表示土的动力抗剪强度，动力内摩擦角和凝聚力都将随加荷周数和强度，动力内摩擦角和凝聚力都将随加荷周数和初始剪应力比而变化。初始剪应力比而变化。在土体动力稳定分析时，周数决定于地震震级，在土体动力稳定分析时，周数决定于地震震级，初始剪应力和法向应力由静力计算确定，根据初始剪应力和法向应力由静力计算确定，根据土体中沿剪切滑动面的初始剪应力和法向应力土体中沿剪切滑动面的初始剪应力和

41、法向应力就可计算得到相应的动强度。就可计算得到相应的动强度。（4 4）沿整个滑动面的稳定安全系数为：）沿整个滑动面的稳定安全系数为：ddftg 0iiiidfsllF0岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性进行地基振动的动力分析，要有用数学公式表示的土体变形特性的力学进行地基振动的动力分析，要有用数学公式表示的土体变形特性的力学模型。土的变形特性因动应变振幅的大小不同而有明显变化。所以要根模型。土的变形特性因动应变振幅的大小不同而有明显变化。所以要根据研究的振动问题和分析的对象选择土变形特性适当的表示方法。据研究的振动问题和分析的对象选择土变形特性适当的表示方法。当应变小

42、于当应变小于1010-5-5时，动应力变化与土的应变基本上是直线关系，可作为时，动应力变化与土的应变基本上是直线关系，可作为线性变形。在原位用弹性波速法测试，在室内用共振柱法测试。测定常线性变形。在原位用弹性波速法测试，在室内用共振柱法测试。测定常量的剪切模量和阻尼比。当应变大于量的剪切模量和阻尼比。当应变大于1010-4-4时，土的非线性变形显著，用时，土的非线性变形显著，用动三轴、动单剪、动扭剪等周期加荷试验测在不同剪应变幅值时的应力动三轴、动单剪、动扭剪等周期加荷试验测在不同剪应变幅值时的应力- -应变滞廻曲线，确定剪切模量和阻尼比。应变滞廻曲线，确定剪切模量和阻尼比。岩土工程研究所第三

43、章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性小应变时，土作为弹性体，各向同性。小应变时，土作为弹性体，各向同性。在动力问题中，土体的剪应变重要，在动力问题中，土体的剪应变重要，G是应用广泛的一个参数。是应用广泛的一个参数。在半无限地基中，压缩波与剪切波的传播速度和在半无限地基中，压缩波与剪切波的传播速度和 E、v 有下列关系：有下列关系：若没有实测波速，可根据标准贯入试验的若没有实测波速，可根据标准贯入试验的N63.5用经验公式推算用经验公式推算vs，二者有很好，二者有很好的相关性。的相关性。GE12)21)(1 (2)1 (EvpGEvs)1 (222)/(12/2spspvvvv5 .63b

44、NaG岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性土受到周期荷载作用时的应力应变关系如图所示。土受到周期荷载作用时的应力应变关系如图所示。当周期加荷应变幅值改变时，滞迴圈的大小不同，但保持相似的形状扩当周期加荷应变幅值改变时，滞迴圈的大小不同，但保持相似的形状扩大或缩小。在确定骨架曲线与滞迴圈后，就可确定在不同应变时的等效大或缩小。在确定骨架曲线与滞迴圈后，就可确定在不同应变时的等效剪切模量与阻尼比。剪切模量与阻尼比。岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性1.1.双直线模型双直线模型将应力应变滞迴圈用一个平行四边形来代替，这个平行四边形由两组斜率为将应力应

45、变滞迴圈用一个平行四边形来代替，这个平行四边形由两组斜率为G0和和Gf的直线组成。的直线组成。G0的大小由过原点对骨干曲线的大小由过原点对骨干曲线OA作切线确定，作切线确定，Gf的大的大小由小由A点和点和G点点( (滞迴圈与纵轴的交点）的连线确定。过滞迴圈与纵轴的交点）的连线确定。过A、C两点分别作上两点分别作上述两条线的平行线，即得双直线模型的平行四边形述两条线的平行线，即得双直线模型的平行四边形AFCE。用它来表示一个用它来表示一个周期内动剪应力与剪应变的轨迹线。周期内动剪应力与剪应变的轨迹线。岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性1.1.双直线模型双直线模型ayfa

46、yyayaGGGGGG1100011112000yafayyafyayaGGGGDD岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性2.Ramberg-Osgood2.Ramberg-Osgood模型模型骨架曲线的剪应变幅值在屈服应变以前和双直线模型一样，是斜率为骨架曲线的剪应变幅值在屈服应变以前和双直线模型一样，是斜率为G0的直线，的直线，剪应变幅值超过屈服应变后要增加修正项。用下式表示全部骨架曲线。剪应变幅值超过屈服应变后要增加修正项。用下式表示全部骨架曲线。 是正数，是正数，R是大于是大于1的奇数，都表示的奇数，都表示 大于屈服应变后非线性程度的参数。大于屈服应变后非线性程度

47、的参数。 R=1时是线性弹性体时是线性弹性体 。 100RyRGG岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性2.Ramberg-Osgood2.Ramberg-Osgood模型模型1011RyaGG01112GGRRD岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性3.Hardin-Drnevich3.Hardin-Drnevich模型模型该模型用静力应力应变关系常用的双曲线模型作为骨架曲线如图所示。该模型用静力应力应变关系常用的双曲线模型作为骨架曲线如图所示。ba 0/1 Gfb/1rfG0岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性3.Hard

48、in-Drnevich3.Hardin-Drnevich模型模型模型共有模型共有3 3个参数。个参数。土体的骨干曲线用双曲线表示不完全符合实际，需修正。土体的骨干曲线用双曲线表示不完全符合实际，需修正。 双曲线应变；双曲线应变；a a、b b土的常数，由试验确定。土的常数，由试验确定。raGG110012GGkD0max1GGDDhGG110hhDD1maxrah)1 ()/(rbrheah岩土工程研究所第三章第三章 土的动力变形特性土的动力变形特性土动力变形特性影响因素：土动力变形特性影响因素：1.1.应变；应变；2.2.平均有效主应力；平均有效主应力；3.3.孔隙比；孔隙比；4.4.周期加

49、荷次数周期加荷次数5.5.饱和度；饱和度；6.6.超固结比；超固结比；7.7.有效应力破坏包线；有效应力破坏包线；8.8.八面体剪应力；八面体剪应力；9.9.加荷频率；加荷频率；10.10.土粒性质；土粒性质；11.11.剪胀性；剪胀性；12.12.触变性；触变性；13.13.时间效应。时间效应。岩土工程研究所第第四章四章 振动作用下的孔隙水应力振动作用下的孔隙水应力 土体在振动作用下的孔隙水压力是影响其抗震稳定土体在振动作用下的孔隙水压力是影响其抗震稳定性的重要因素。有效应力法动力反应分析需要有振动性的重要因素。有效应力法动力反应分析需要有振动孔隙水压力增长模式，这些模式都是根据试验资料建孔隙水压力增长模式，这些模式都是根据试验资料建立的，常用的有以下几种。立的，常用的有以下几种。岩土工程研究所第第四章四章 振动作用下的孔隙水应力振动作用下的孔隙水应力 SeedSeed根据饱和砂土试样在各向等压固结后在不排水条件下周期加荷三轴试验，根据饱和砂土试样在各向等压固结后在不排水条件下周期加荷三轴试验，得到孔隙水压力比随加荷周数比增长的关系曲线都在一狭长的范围内。得到孔隙水压力比随加荷周数比增长的关系曲线都在一狭长的范围内。由此得到的孔隙水压力表