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1、2019/10/20,土动力学,第五章 土的动力指标及其测定,2019/10/20,土动力学,第一节 概述,动力计算方法大致可分为两大类 拟静力法（c、） 动力反应分析方法（G、） 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,2019/10/20,土动力学,试验条件分类 原位试验 室内试验 现场模拟试验 原型观测,2019/10/20,土动力学,主要动力参数,土的抗剪强度参数（c、） 动模量（E、G） 泊松比 阻尼比 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,2019/
2、10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,不同试验方法的测量应变范围,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,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
3、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13001500m/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,2019/10/20,土动力学,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）。,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,单孔波速法,2019/10/20,土动力学,测试原理 利用直达波的
4、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 L /t （51）,2019/10/20,土动力学,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）,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,成果整理与应用,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,201
5、9/10/20,土动力学,自动触发式声波仪,2019/10/20,土动力学,跨孔法,2019/10/20,土动力学,表面振动法,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,资料分析与成果整
6、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（00.5）增高，面波波速接近剪切波速 土层的泊松比一般为0.30.5 饱和软粘土的泊松比为0.450.5，因此vs/vR=0.98作用 面波测试的有效深度为半波长，即H=L/2,2019/10/20,土动力学,震源常采用偏心质量块产生不平衡扰力,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,波速法在工程中的应用,岩土动力参数计算,2019/10/20,土动力学,划分场地土的抗震类别,2019/10/20,土动力学,
7、地基刚度系数计算,2019/10/20,土动力学,计算场地的卓越周期,2019/10/20,土动力学,二、荷载板振动试验,2019/10/20,土动力学,三、动力旁压试验,2019/10/20,土动力学,等效剪切模量和等效阻尼比,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,量测设备系
8、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,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,二、振动单剪试验 Dynamic simple shear,2019/10/20,土动力学,刚性式单剪仪,2019/10/20,土动力学,柔性式单剪仪,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,动单剪试验的观察结论,对于给定的v和Dr，h减小，则引起液化所需的N值增加 对于给定的Dr和N值，v减小，则产生液化所需的h也减小 当Dr 80%时。引起液化所需的h随Dr的增加而线性增加,2019/10/20,土动力学
9、,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,三、共振柱试验,2019/10/20,土动力学,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,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,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
10、算出对数衰减率和阻尼,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,粘土 = 0.450.50 粉质粘土 = 0.400.45 粉土 = 0.350.45 砂土 = 0.300.35,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,四、动三轴试验,动三轴试验通过对试样施加模拟的动主应力，测求试样在承受动荷载作用时的动态反应。 最基本和最主要的动态反应是动应力与动应变、动应力与孔隙水压力。 根据应力、应变和孔压的相对关系求各种参数,2019/10/20,土动力学,试验
11、原理,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,破坏标准,1、极限平衡标准,2019/10/20,土动力学,动力试验破坏标准,2019/10/20,土动力学,2、液化标准,在Kc=1/3=1.0的条件下施加动载，孔隙压力u不断上升，当u=3时，有效应力等于零。土完全丧失强度，处于粘滞液体状态，称为液化状态。这种状态作为土的破坏标准，即为液化标准。,2019/10/20,土动力学,3、破坏应变标准,对于不出现液化的土，试验过程中u始终小于3。常采用破坏应变f=5%或10%作为破坏标准。当Kc=1.0时，规定双幅应变2d=5%或10%作为破坏标准.当Kc1.0时，规定总应变（包括残留应变r和动应变d）达到5%或10%作为破坏标准。,2019/10/20,土动力学,四、动强度指标Cd和d,在某种静应力状态下,周期荷载使土试件在某一振次下发生破坏,这时试件45面上的动剪应力d/2，即为土的动强度。 动强度曲线,2019/10/20,土动力学,五、不规则荷载作用下的动强度,工程上常把不规则荷载简化成等价的均匀周期荷载处理。 直接利用动强度曲线将不规则荷载等价转换成应力幅值为eq，周数为Neq的均匀周期荷载。 习惯上取eq=0.65max,2019/10/20,土动力学,不规则荷载的等效循环周数,2019/10/20,土动力学,2019/10/20,土动力学,
