土在动荷载下的特性解读.ppt

1 第 10 章 土在动荷载下的特性 The characteristics of soil under dynamic loading 土 力 学 2 土体经常会受到地震、波浪、风或人工振源的交通、爆炸、打桩、强夯、 机器基础等引起的动荷载作用。在动荷载作用下，土的强度与变形特性都将受到 影响，可造成土体的破坏，也可利用改善不良土体的性质 ( 如屈炸法、强夯法 ) 。 天然振源和人工振源的振动频率、振动次数和振动波形各不相同 。 天然振源发生随机振动荷载，其振动周期、幅值及方向都是不规则的； 人工振源有瞬时脉冲振动荷载，一次作用时间很短，但土的动应变较大，也 有规则的循环荷载，土的动应变属小应变范围。 在不同的动荷载作用之下，土的强度和变形各不相同，其共同特点是都受到 加荷速率和加荷次数的影响。 按动荷载的加荷次数，可以分为 ： ①冲击荷载 ： 一次快速施加的瞬时荷载，如爆炸和爆破作业，加荷时间非 常短，所引起土体的振动，由于受到阻尼作用，振幅在不长的时间内衰减为军， 称为冲击荷载，如图 10 — 1(a) 所示； 《 土力学》 第 10 章 土在动荷载下的特性 § 10.1 概述 Dr. Han WX 3 ②不规则荷载 ：加荷几次至几十次甚至干百次的动荷载，如地震、打校引 起的振动作用等，荷载随时间的变化没有规律可循，称为不规则荷载，如图 10 — 1(b) 所示； ③周期荷载： 加荷几万次以上的动荷载，加车辆行驶对路基的作用、机器 基础对地基的作用等，以同一振幅和周期反复循环作用的荷载，称为周期荷载， 如图 10 — 1(c) 所示 《 土力学》 第 10 章 土在动荷载下的特性 § 10.1 概述 Dr. Han WX 4 公路路堤、土坝以及建筑场地的填筑： 土体由于经过开挖、搬运及堆筑， 原有结构遇到破坏，含水量发生变化，堆填时必然造成土体中留下很多孔隙，如 不经人工压实，其均匀性差、抗剪强度低、压缩性大、水稳定性不良，往往难以 满足工程的需要。因此，研究土的压实性是土工构筑物的重要课题。 地基加固 ： 某些松软的地基土，由于其强度低、变形大，直接在其上修建建 筑物，不能满足地基承载力、变形的设计要求，需进行加固处理。可采用换填垫 层法加固，通过分层压实改善土的不良性质。土的压实是在动荷载作用下得到的 ，提高了上的密实度，从而土的强度得到提高，土的压缩性减低和透水性变小。 振动液化： 当地基土特别是饱和松散的砂土在地震作用下，会表现出类似 于液体性质而完全丧失承载力的现象，即振动液化现象，从而发生地表喷水冒砂 、滑坡及地基失稳等，最终导致建筑物或构筑物的破坏。 《 土力学》 第 10 章 土在动荷载下的特性 § 10.1 概述 Dr. Han WX 5 《 土力学》 第 10 章 土在动荷载下的特性 § 10.2 土的压实性 Dr. Han WX 10.2.1 击实试验及压实度 1 、 击实试验和击实曲线 在实验室内进行击实试验，是研究土压实性的基本方法。 击实试验分轻型和重型两种。轻型击实试验适用于粒径小于 5mm 的粘性上， 而重型击实试验适用于粒径不大于 20mm 的土。 击实试验所用的主要 设备是击实仪，包括击实 筒、击锤及导简等。 6 1 、 击实试验和击实曲线 由击实简的体积和简内被压实土的总重计算出湿密度 ? ，并可算出干密度 ? d ， ? d ＝ ? /(1+w) ， w 为土的含水量。由一组几个 ( 通常为 5 个 ) 不同含水量的同一种 土样分别按上述方法进行试验，绘制一条击实曲线，如图 10 — 3 所示。 《 土力学》 第 10 章 土在动荷载下的特性 § 10.2 土的压实性 Dr. Han WX 10.2.1 击实试验及压实度 w ? d (w opt , ? d max ) 7 1 、 击实试验和击实曲线 击实曲线反映上的压实特性如下： (1) 对于某一土样，在一定的击实功能作用下，只有当土的含水量为某一适 宜值时，土样才能达到最密实，因此在击实曲线上就反映出有一峰值，峰点所对 应的纵坐标值为最大干密度 ? dmax 对应的横坐标值为最优含水量 w opt 。 (2) 土在击实 ( 压实 ) 过程中，通过土粒的相互位移，很容易将土中气体挤出， 但要挤出土中水分来达到压实的效果，对于枯性土，不是短时间的加载所能办到 的。因此，人工压实不是挤出土中水分而是挤出土中气体来达到压实目的的。同 时，当土的含水量接近或大于最优含水量时，土孔隙中的气体越来越处于与大气 不连通的状态，击实作用已不能将其排出土体之外。一般压实最好的土，气体含 量也还有 3%-5 ％ ( 以总体计 ) 留在土中，亦即击实土不可能被击实到完全饱和状态 ，击实曲线必然位于饱和曲线的左侧而