土动力学5-2.ppt

土动力学 第五章 土的动力指标及其测定 第一节 概述 动力计算方法大致可分为两大类 拟静力法（c、φ） 动力反应分析方法（G、λ） 试验目的分为三个方面 测定土的基本动力参数 土体的动力反应试验 土体结构在受振条件下的原型观测 试验条件分类 原位试验 室内试验 现场模拟试验 原型观测 主要动力参数 土的抗剪强度参数（c、φ） 动模量（E、G） 泊松比μ 阻尼比λ 液化参数：循环剪应力比、循环变形和 孔隙水压力反应 由于动力试验条件的复杂性，一项动力参数可以通过多种试验方法测求 现场测定方法 波速法 荷载板震动法 动力旁压试验 室内试验方法 动单剪试验 动三轴试验 共振柱试验 不同试验方法的测量应变范围 第二节 现场试验 在现场激振，产生动荷载作用，测定土的实际性状（应力、应变、孔隙水压力、速度、加速度） 进行原型观测和实录分析 一、波速试验 试验目的 场地地层分类和场地类别划分 提供地基土的动力参数 为场地地震反应分析提供依据 探测地质异常体 弹性波在土中的传播速度反映了土的弹性性质 土只有在小应变的情况下才被视为弹性体 对于饱和土，充满在孔隙中的水可以传递压缩波，水的压缩波波速为1300～1500m/s，远大于土的骨架传递的波速（300m/s左右）。因此，饱和土中的压缩波波速不反映土的骨架的弹性性质，而是水的性质，并且为一常数 对于非饱和土，随着含水量的变化，压缩波速具有不确定性，因此也不用 岩体除外，压缩波速远大于水（3500m/s以上）。 土中的孔隙水不能传递剪切波。 剪切波在土中只受土的骨架的剪切变形所控制 土的波速测试，主要是测剪切波波速 单孔波速法 测试原理 利用直达波的原理。测出激发震源与信号接收点之间的距离以及剪切波的传播时间，即可由下式求剪切波速 vs ＝ ΔL /Δt （5－1） 震源设备 击板法 弹簧激振法 定向爆破法 测试设备 孔内三分量检波器（震动接受器） 地震仪（包括波记录器和计时器） 成果整理与应用 成果分析 提出场地内各类土层的波速范围 按波速分层 对波速低的土层分析液化的可能性 估计场地的卓越周期 分析场地稳定性和边坡稳定性 为划分场地土的类别提供依据 自动触发式声波仪 跨孔法 表面振动法 试验原理 在地面施加一定频率的稳态振动，振动能量以面波的形式向四周传播 面波的波速 vR = f L 土层的面波波速是一定的，面波波长随波动频率的不同而变化 测试时，人为控制频率，只要测出面波波长，就可以求得面波波速 震源采用机械式或电磁式激振器。前者振动能力较大，频率较低；后者频率高，衰减较快，传输距离短。 拾振器必须是宽频带的，并与激振器的频率范围一致 资料分析与成果整理 求得在各个频率下的面波波速值，取平均值，即为场地的面波波速 剪切波波速略大于面波波速 随泊松比（0～0.5）增高，面波波速接近剪切波速 土层的泊松比一般为0.3～0.5 饱和软粘土的泊松比为0.45～0.5，因此vs/vR=0.98作用 面波测试的有效深度为半波长，即H=L/2 震源常采用偏心质量块产生不平衡扰力 波速法在工程中的应用 岩土动力参数计算 划分场地土的抗震类别 地基刚度系数计算 计算场地的卓越周期 二、荷载板振动试验 三、动力旁压试验 等效剪切模量和等效阻尼比 第三节 室内试验 土动力试验的物质基础包括成样设备、激振设备和量测设备三大系统 一、试验设备 圆桶试验 动力直剪仪 动三轴仪 震动单剪仪 扭剪仪 激振设备 机械式激振、：偏心式、离心式、冲击式 电磁式激振 电动-液压式 气动式激振 量测设备系统 传感器 放大器 记录仪 数据处理系统 量测的物理量 动应力、动应变、围压、孔隙水压力、体积应变 二、振动单剪试验Dynamic simple shear 动单剪试验的观察结论 对于给定的σv和Dr，τh减小，则引起液化所需的N值增加 对于给定的Dr和N值，σv减小，则产生液化所需的τh也减小 当Dr 80%时。引起液化所需的τh随Dr的增加而线性增加 三、共振柱试验 测定振动模量和阻尼特性的共振柱试验，是以波在圆柱形杆中传播的原理为基础。 可以采用实心柱状土样，也可以采用空心柱状土样 试样的下端固定，上端为自由端 使土柱在激振下以某一固有振动方式振动，可以纵向激振，也可以扭转激振，从而分别给出压缩波速和剪切波速 调节激振频率使土样发生共振 根据共振频率、土样和激振设备的几何特性计算模量 在共振时停机记录振幅的衰减，可计算出对数衰减率和阻尼 粘土 μ= 0.45~0.50 粉质粘土 μ= 0.40~0.45 粉土 μ= 0.35~0.45 砂土