土动力学5--土的动力指标及其测定-121页
土的动力特征参数
土的动力特征参数土的动力特征参数2010-04-1809:399.5.1土的主要动力特征参数在实际应用中需要用某种数学的或物理的模型来描述土在动荷载作用下应力应变关系，这就是动力特征参数。
土的动力特征参数一般分为两类。
一类是与土的抗震稳定性直接有关的参数，如动强度、液化特性、震陷性质等;另一类是土作为地震波传播介质时表现出来的性质，也就是土层动力反应分析中使用的参数，如剪切波速、动模量(动弹性模量或动剪切模量)、阻尼特性(阻尼比或衰减系数)、振动条件下的体积模量和泊松比等。
其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力特征的两个很重要的参数。
1.土的动剪切模量动剪切模量Gd是指产生单位动剪应变时所需要的动剪应力，即动剪应力与动剪应变之比值，按下式计算:(9-5)动剪切模量Gd可由滞回曲线顶点与原点的直线的斜率表示。
由骨架曲线可知,随着或的增大，Gd越来越小，即土的动剪切模量随着动应力或动应变的增大而减小。
2.土的阻尼比土的阻尼比是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。
阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。
土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于粘滞摩擦作用而有一定能量的损失，这种现象称为阻尼，也称粘滞阻尼。
在自由振动中，阻尼表现为质点的振幅随振次而逐渐衰减。
在强迫振动中，则表现为应变滞后于应力而形成滞回圈。
由物理学可知，非弹性体对振动波的传播有阻尼作用，这种阻尼力作用与振动的速度成正比关系，比例系数即为阻尼系数，使非弹性体产生振动过渡到不产生振动时的阻尼系数，称为临界阻尼系数。
地基或土工结构物振动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，由于土体中积蓄的振动能量以表面波或体波(包含剪切波和压缩波)向四周和下方扩散而产生的;另一类是材料阻尼,由于土粒间摩擦和孔隙中水与气体的粘滞性引起。
在用有限元分析地震影响时,由于已经考虑了振动能量的扩散,故仅采用材料阻尼。
无粘性土的阻尼比受有效应力的影响明显,粘性土的阻尼比随着塑性指数的增加而降低，随着时间增长而降低。
建筑工程中的土动力学分析
建筑工程中的土动力学分析土动力学是土力学和岩土力学的分支学科，它研究土体在受到外界作用下的运动和变形规律。
建筑工程中，土动力学分析是非常重要的一项工作，它可以帮助工程师研究土体在施工和使用过程中的变形和破坏情况，为设计和施工提供科学依据。
土动力学的基本原理土体由多种不同颗粒组成，其内部结构呈现出一定的层次性和孔隙结构，这使得土体具有不均匀性和可压缩性。
在外界荷载作用下，土体发生变形，其中包括随着应力增加而逐渐增大的弹性变形和随着应力增大而突然增大的塑性变形（或称为破坏变形）。
土体的弹性模量和泊松比决定了其弹性变形的大小，而内摩擦角和黏聚力则决定了土体的塑性变形大小和破坏模式。
土动力学分析的目的建筑工程中，土动力学分析的目的主要包括以下几个方面：1、分析土体的强度特性以及土体在外界荷载作用下的受力性质。
通过研究这些性质，可以为工程设计提供参考，确定土工材料的可行性和使用范围。
2、分析土体的变形性质和特点，包括弹性变形和塑性变形。
通过研究这些变形性质和特点，可以为工程设计提供关键性的科学依据。
3、研究土体的潜在破坏机理和破坏模式，对建筑工程的安全性进行评估和预测。
通过了解土体破坏的特征和破坏过程，可以对工程施工过程进行监测和安全评估。
4、研究单元板塑性变形和破坏机理，为工程设计提供可靠性评估和优化方案。
建筑工程中的土动力学分析方法土动力学分析是建筑工程中的重要分析方法之一，其分析方法和工具有以下几种：1、有限元分析法这种方法是目前使用最广泛的一种分析方法，它能够同时考虑多个土体的力学特性和变形特性，并精确地分析土体在各个点上的应力和位移状态。
因此，它广泛应用于建筑工程中的地基设计、坡面稳定性分析、基础沉降预测和其他土工问题的分析。
2、数值模拟方法数值模拟方法是一种基于计算机的模拟方法，能够通过模拟土体受力变形的过程，精确描述其受力状态和变形状态。
与有限元分析法相似，数值模拟方法可以模拟土体在不同荷载作用下的变形规律，并预测土体可能的破坏情况。
土动力学(课堂PPT)
8 扭转 4.463 4.731 6.00 2.739 -38.63
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50
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2
振动台试验在抗震研究中的作用
研究结构的动力特性、破坏机理和震害 原因 验证抗震设计理论和计算模型的正确性 研究动力相似理论 检验产品的抗震性能 为结构抗震静力试验提供依据
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3
试验设计应考虑的因素
试验结构的周期 结构所在场地条件 振动台台面的输出能力
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地基模型的运动以侧向位移为主，位移方向朝 向离岸方向，表明重力作用是地基运动的主要 影响因素。
基底土的强度降低和局部液化是挡土墙变形破 坏的主导因素，墙后动土压力的增加，为挡土 墙的运动提供了条件。
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实例二、上海东方明珠广播电视塔振动试验
1：50
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模型和原型的主要相似关系
模型的振型形式与计算机对原型的计算结果基 本一致 扭转频率旁都伴有平动频率，这一现象将导致 结构在地震动下容易引发扭转振动 输入地震波时自振频率下降，结构刚度改变， 表明模型出现了微裂缝 地震结束时自振频率增高，说明部分裂缝闭合， 钢筋又进入弹性阶段
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加速度反应
结构东、西塔楼加速度反应不一致 模型开裂后，在两塔楼中部加速度反应较大， 且随着开裂程度的加深，加速度反应越来越 大
根据相似关系，可得原型结构自振频率。前 三阶频率与场地卓越频率较近，可能发生共 振，且第三频率为扭转频率，易引起结构扭 转破坏
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土的物理和力学性能指标的测定课件
——土的组成及其结构与构造 土的物理性质指标定义及计算
1.1 土的组成及其结构与构造
固体颗粒 （固相） 土中空气 （气相） 土中水 （液相）
土的三 相体系
固相
气相
液相
固体 颗粒
土中 空气
土中水
※土中的空气和水存在于土体固体颗粒间的孔隙内
1.1.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒构成土骨架，它对土的物理力学性质 起决定性的作用。
1、粒径和粒组的概念（土颗称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒 粗 圆砺或角砺 颗粒 中 细 粗 砂粒 中 细 粉粒 粘粒
粗粒土
细粒土
粒径范围 （mm） ＞200 200~20 20~10 10~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.075 0.075~0.005 ≤0.005
③ 土的相对密度（土粒比重） ds=ms/mw 测定方法：比重瓶法
1.2.3 导出指标
孔隙比 e=Vv/Vs 孔隙率 n=(Vv/V)x100% 土的饱和度 Sr=(Vw/Vv)x100% 饱和密度 ρsat=(ms+Vvx ρw)/V 干密度 ρd=ms/V 有效重度（浮容重）ρ’= ρ sat- ρw
另一特征是土的裂隙性。土中裂隙的存在大大降低了土体 的强度和稳定性，对工程不利。
此外也应注意到土中有无腐植质、贝壳、结核体等包裹物 以及天然或人为的空洞的存在。 这些构造特征都造成土的不均匀性。
1.2 土的物理性质指标
概述 三相组成的性质，特别是固体颗粒的性质， 直接影响土的工程性质但是，同样一种土， 密实时强度高，松散时强度低。对于细粒土， 含水量少则硬，水含量多时则软。这 说明土的性质不仅决定于三相组成的性质， 而且三相之间量的比例关系也是一个很重 要的影响因素。
土动力学5概要
2018/9/1
土动力学
2018/9/1
土动力学
成果整理与应用
L vs t G vs2 ; E 2vs2 1 (5 - 1) (5 - 2)
2018/9/1
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
2018/9/1 土动力学
2018/9/1
土动力学
2018/9/1
土动力学
自 动 触 发 式 声 波 仪
2018/9/1 土动力学
跨孔法
L vs t
2018/9/1 土动力学
(5 - 3)
表面振动法
2018/9/1
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
土动力学
2018/9/1
土动力学
波速法在工程中的应用
岩土动力参数计算
Ed
v 3v 4v
2 s 2 p
2 s
v v
2 p 2 s 2 s 2 s
2 s
(5 - 8) (5 - 9)
Gd v
d
2018/9/1
v 2v 2 v v
2 p
2 p
土动力学
(5 - 1
土的抗剪强度参数（c、υ） 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
土的动力性质
土的动力性质正文动力作用下的土的力学性能。
当土的应变（纵向应变或剪应变）在10-6～10-4范围（如由于动力机器基础、车辆行驶等所引起的振动）时，土显示出近似弹性的特性；当应变在10-4～10-2范围（如打桩、中等程度的地震等所引起的振动）时，土具有弹塑性的特性；当应变达到百分之几的量级（如0.02～0.05）时，土将发生振动压密、破坏、液化等现象。
因此，土的主要动力特性通常以10-4的应变值作为大、小应变的界限值。
在小应变幅情况下，主要是研究土的动剪切模量和阻尼；在大应变幅情况下则主要研究土的振动压密和动强度问题；而振动液化则是特殊条件下的动强度问题。
所以，土的动力性质主要是指动剪切模量、阻尼、振动压密、动强度和液化（见砂土液化）等五个方面。
土的动剪切模量小应变幅的动剪切模量常用野外波速法和室内共振柱试验测定，也可用经验公式估算。
波速法根据所测得的从振源到拾振器之间的距离和剪切波（或压缩波）到达拾振器所需要的时间来计算剪切波波速v s，则得：(1)式中G d为土的动剪切模量；ρ为土的质量密度。
波速法按其激振和接收方式的不同，有表面波波速法、上孔法、下孔法和跨孔法（两个或更多个钻孔）等，以后者用得较多（见工程地球物理勘探）。
共振柱法在实心或空心的圆柱形土样上施加纵向振动或扭转振动，并逐级增大驱动频率，直到试样发生共振为止。
根据一端固定、一端自由的端部条件，并忽视端部激振器的质量，可得G d＝16f2l2γ/ɡ(2)式中f为扭转振动时的共振频率；l为试样的高度；γ为土的容重；ɡ为重力加速度。
影响土的动剪切模量的变量有剪应变幅、有效平均主应力、孔隙比、颗粒特征、土的结构、应力历史、振动频率、饱和度和温度等，其中有几个变量是相互联系的（如土的孔隙比、结构和颗粒特征）。
对小应变幅动剪切模量，剪应变幅的影响可以忽略。
对于净砂，在小剪应变幅（小于10-5）的情况下,动剪切模量主要是孔隙比和有效平均主应力的函数。
土的物理状态指标的测定
土的物理状态指标的测定一、无黏性土的密实度无黏性土一般指碎石土和砂土。
天然状态下的无黏性土的密实度与其工程性质有着密切的关系。
当为松散状态时，其压缩性与透水性较高，强度较低; 当为密实状态时，其压缩性与透水性较低，强度较高，为良好的天然地基。
密实度是评价碎石土和砂土地基承载力的主要指标。
(一)判定砂土密实度的方法1. 孔隙比e孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。
根据孔隙比e，可按表1-5将砂土分为密实、中密、稍密和松散四种状态。
表1-5 砂土的密实度2. 相对密实度Dr由于用天然孔隙比来评定砂土密实度没有考虑到颗粒级配的因素，同样密实度的砂土在粒径均匀时，孔隙比值较大; 而当颗粒大小混杂、级配良好时，孔隙比值应较小，并且取原状土样测定天然孔隙比较困难。
因此，用相对密实度Dr 来评定砂土的密实度，考虑到砂土的级配因素，更加合理。
表达式为相对密实度Dr——砂土在最松散状态下的孔隙比，即最大孔隙比;式中: emax——砂土在最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比;emine——砂土在天然状态下的孔隙比。
砂的相对密实度是通过砂的最大干密度和最小干密度试验测定的。
砂的最小干密度ρdmin 采用漏斗法和量筒法测定; 砂的最大干密度ρdmax采用振动锤击法测定。
获得ρdmin 和ρdmax后，则emax和emin可用下列公式求得:把求得的emax 、emin代入式(1-26)即可求得Dr。
根据Dr值，可把砂土的密实度分为以下三种:0.67＜Dr≤1 (密实)0.33＜Dr≤0.67 (中密)0＜Dr≤0.33 (松散)由于砂土的原状土样很难取得，天然孔隙比难以准确测定，故相对密实度的精度也就无法保证。
目前，Dr主要用于填方质量的控制。
3. 标准贯入试验划分密实度《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002，以下均简称《规范》)采用未经修正的标准贯入试验锤击数N，将砂土的密实度划分为松散、稍密、中密、密实(表1-6)。
土的动力学-概述说明以及解释
土的动力学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述土的动力学是研究土壤在受力作用下的变形和破坏规律的学科，是土力学的一个重要分支。
土体是由颗粒、空隙和水组成的多相复合体，受到外部载荷作用后会发生各种变形和破坏现象。
土的动力学研究了这些现象的规律和机理，为工程实践提供了重要的理论支撑。
本文将从动力学的定义和基本概念入手，探讨土的动力学特性及其在土壤工程中的应用，同时也展望了土壤动力学研究的发展方向和前景。
通过对土的动力学的深入探讨，我们能更好地理解土体在外部载荷作用下的行为特性，为土地利用和工程建设提供科学依据。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应包括作者对整篇文章的大致安排和组织方式的说明，以帮助读者更好地理解文章内容和结构。
以下是可能的内容：文章结构部分介绍了本文的整体组织框架，包括各个章节的内容概要和关系。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将简要概述土的动力学研究的背景和重要性，介绍本文的目的并提供整篇文章的概览。
在正文部分，我们将首先解释动力学的定义和基本概念，然后探讨土的动力学特性，包括其在土壤力学中的应用和意义。
最后，在结论部分，我们将总结动力学在土壤研究中的重要性和展望未来土壤动力学研究的发展方向。
通过这样的结构安排，我们希望读者能够全面了解土的动力学这一重要领域的知识和进展。
1.3 目的：本文的目的是探讨土的动力学特性以及动力学在土壤研究中的重要性。
通过对土的动力学定义和基本概念的介绍，以及对土的动力学特性的分析，希望能够深入了解土壤在外力作用下的行为和变化。
同时，通过总结动力学在土壤研究中的重要性，展望未来对土壤动力学的研究方向，进一步推动对土壤力学性质的认识和应用，为土壤工程和地质灾害研究提供理论支持和指导。
2.正文2.1 动力学的定义和基本概念动力学是研究物体运动的规律和机制的科学领域。
在土壤力学中，动力学则是指土壤颗粒在受力作用下产生变形和运动的过程。
土的动力学研究包括土体的变形、应力分布、应变速率、强度、稳定性等方面。
土的动力特性解读
• 五、影响土振动液化的主要因素（为了了解土在 什么条件下容易液化） • 研究表明，影响饱和砂土振动液化可能性的主要 因素有土性条件、起始应力条件、动荷载条件以 及排水条件。 • 1.土性条件 • 土性条件主要指土的粒度特征、密度特征和结构 特征。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• （1）从土的粒度特征即平均粒径d50、不均匀系 数cu和粘粒含量pc来看，它们均与土的抗液化强 度成正比。 • （2）从土的密度特征即相对密度Dr或孔隙比e及 干重度rd等来看，Dr ，e ，rd ，抗液化强度 。 • （3）从土的结构特征即土的排列和胶结状况来看， 排列结构稳定和胶结状况良好的土均具有较高的 抗液化能力。重塑土<原状土；遭受过地震的砂土 比未遭受地震的砂土难液化（结构）；均匀级配 的砂比良好级配的砂强，圆粒砂比角粒砂强。？
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• （3）动荷载作用的持续时间对砂土液化的发展具 有极大的影响。如振动的时间很长，幅值并不很 大的动荷载也可能引起土的液化。 • （4）对于振动作用的方向，试验表明，振动方向 接近土的内摩擦角时抗剪强度最低。 • 4.排水条件 • 排水条件是指土层的透水程度、排水路径、及排 渗边界条件。 • 当在多层地基中有可液化土层存在时，其他土层 对可液化土层的影响主要表现在排渗能力（透水 程度和实际厚度）和层位结构（不同液化势组成 的土层）两个方面。
土壤化学动力学
速率控制步骤(决速步)。离子交换动力学研究的目的之一，即
是找出决速步及其成立的条件，为调控提供依据。
第四十一页，共56页
§3 主要土壤化学过程的动力学 B 离子交换反应动力学
(1) Na+离子通过围绕固相颗粒的液膜的离子扩散(膜扩散步骤) ; (2) Na+离子通过蛭石晶体的水化间层的离子扩散(颗粒内扩散步骤) ; (3) Na+离子与蛭石表面的K+离子进行离子交换(化学交换步骤) ; (4)交换出来的K+离子通过蛭石晶体的水化间层的离子扩散(颗粒内扩 散步骤) ; (5)交换下的K+离子通过液膜离开固相颗粒时的离子扩散(膜扩散 步骤)。
第十七页，共56页
速率方程(rate equation of chemical reaction)
速率方程又称动力学方程。它表明了反应速率与 浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间的关系。
速率方程可表示为微分式或积分式。
例如：
r dx / dt
r k[A]
a ln a x k1t
第十八页，共56页
第三页，共56页
§1 描述士壤化学反应的动力学方程
A 常用的动力学过程 (1)机理速率方程:即应用机理速率方程来研究土壤化学反应过程。只研究化
学动力学现象，忽略运移制约动力学，即不包含物理过程，目的是确定基本
的化学动力学规律。 (2)表观速率方程:包含化学动力学和运移制约过程。它反映了扩散和其它微
的反应无法用简单的数字来表示级数。
反应级数是由实验测定的。
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反应级数（order of reaction）
《土动力学测试》课件
案例三
总结词
核电站建设项目的土动力学数值模拟
详细描述
该案例介绍了某核电站建设项目的土 动力学数值模拟分析，通过建立数值 模型，模拟核电站周围土体的动力响 应和稳定性，为核电站的安全建设和 运营提供技术支持。
CHAPTER 06
土动力学测试的未来发展与 挑战
新型测试设备与技术的发展趋势
智能化测试设备
感谢您的观看
土动力学在土木工程、地震工程、交 通工程等领域具有重要意义，是保障 工程安全的重要基础。
土动力学的研究内容与目的
研究土的动力特性，包括土的动 剪切模量、阻尼比、动强度等。
研究土的动力响应，如地震、车 辆等动荷载作用下土体的位移、
应力、应变等。
研究土的液化、震陷等现象，提 出相应的防治措施。
土动力学的应用领域
《土动力学测试》 PPT课件
目 录
• 土动力学概述 • 土动力学测试方法 • 土的动力学特性 • 土动力学测试设备与技术 • 土动力学测试案例分析 • 土动力学测试的未来发展与挑战
CHAPTER 01
土动力学概述
土动力学的定义与重要性
土动力学是研究土体在动荷载（如地 震、波浪、车辆等）作用下的应力、 应变、强度和稳定性等特性的学科。
地震工程
研究地震作用下土体的稳定性 ，预测地震造成的土体震陷和
液化。
交通工程
研究车辆荷载作用下土体的动 力响应，评估道路和桥梁的安 全性。
ห้องสมุดไป่ตู้水利工程
研究波浪、水流等动荷载作用 下土体的稳定性，设计合理的 防波堤、水坝等工程结构。
核废料处理
研究核废料处理设施周围土体 的动力响应，确保核废料处理
设施的安全性。
土的动剪切模量
土的力学性质指标及其内测定--振动三轴试验
第五节 土的振动三轴试验
• 五 操作要点
•（五）施加动应力 • 2 模量和阻尼比试验
• 对于不同的制样密度和不同的固结应力比，重复上述试验 步骤。 • 同一干密度的试样，在同一固结应力比下，应在1至3各不 同的侧压力下试验； • 每一个侧压力宜用5～6个试 样，改变5～6级动应力。 • 具体操作细节详见SL237—032－1999规程4.6条。
式中：D ——阻尼比； N ——计算所取的振动次数； A1 ——停止激振后第1周的振幅，mm; An 1 ——停止激振后第 N 1 周的振幅，mm。
第五节 土的振动三轴试验
• 一 术语定义及土的动力学性质简介
• （三）动强度 • 土在动荷载作用下，土的应力、应变及孔隙压力随时间 （振动次数）而变，动强度是经一定振动次数后试样达到 破坏的振动剪应力，振动剪应力与破坏周数的关系曲线 称为动强度曲线，见图6.5-3。
第五节 土的振动三轴试验
• 五 操作要点
•（四）试样固结
• 在进行等压固结（σ1/σ3=1）时，动三轴加压方式与静三 轴略有不同。静三轴的加压活塞与试样为点接触，加围 压σ3时轴压σ1也同步加上，σ1＝σ3。动三轴由于活塞与试 样相连，σ1与σ3需分开施加。一般先加σ3，在加σ3之前应 将活塞固定，以免加σ3时试样受挤压向上变形而破坏。 加完σ3，由荷载传感器控制施加σ1，动作衔接要尽量快。 加荷完毕，松开活塞，开始固结。在进行不等压固结 （K ＝σ1/σ3>1）时，要求固结过程尽量保持K值大致不变。 对松软试样，为了避免一次加荷引起试样破坏，应分许 多级加荷逐步固结。每级固结时先加围压σ3，后加轴压 σ1。
第五节 土的振动三轴试验
• 五 操作要点
•（五）施加动应力 • 2 模量和阻尼比试验
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2021/3/1
土动力学
采用等效荷载试验时，必须全面验算由于 荷载图式改变对构筑物产生的各种影响。
当试验满足强度等效而整体变形条件不等 效时，则需进行变形修正
当取弯度等效时，尚需验算剪力对构筑物 的影响。
2021/3/1
2021/3/1
土动力学
正交试验设计
如果因子数和水平数增加，则试件数量随 之增加。
对于多因素问题，可采用正交试验设计法 利用正交表从尽可能少的试件试验中掌握 试验条件和试验结果之间的内在规律（参 阅有关正交试验设计的专著）
正交试验设计可以只需少量的试件得到主 要信息，从而对研究问题作出综合评价
必须保证试块材质的同一性、同批试件砌筑工艺的同 一性和试验龄期的同一性
必须按照标准方法进行材料试验，并注意试块尺寸效 应和试验加荷速率对材料强度可能产生的误差
2021/3/1
土动力学
试件组合数目设计实例
3个分析因子，各2种状态。由表可知：截面积增大，抗剪 强度降低；砂浆强度或垂直应力增大，抗剪强度增大
2021/3/1
土动力学
试件号 1、5 4、7 试件号 1、7 4、5
2021/3/1
砂浆强度（MPa） 0.5 2.5
垂直应力（MPa） 0.064 0.302
土动力学
模型试验的加载制度
试验加载制度是指模型试验进行期间控制 荷载与加载时间的关系，包括加载速度的 快慢、加载设计间歇的长短、分级荷载的 大小和加载卸载循环的次数等
试件的承载能力和变形性质与其所受荷载 作用的试件特征有关
对于不同性质的试验，必须根据试验的要 求制定不同的加载制度
2021/3/1
2021/3/1
土动力学
二、模型试验的目的
生产性试验的目的
综合鉴定土工构筑物的设计和施工质量，评价 工程的可靠程度。
检验已建构筑物的现有可靠性，推断和估计构 筑物的剩余寿命
鉴定构筑物的结构性能 判断构筑物的实际承载能力，为工程改造、扩
建和加固提供参数 为处理工程事故提供技术依据
2021/3/1
土动力学
科研性试验的目的
验证土工构筑物的设计理论、假定和计算方法 为制定抗震设计规范、规程提供依据
为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实 践经验
2021/3/1
土动力学
三、模型试验的分类
1、按试验对象的尺寸分类
相似模型试验：要求比较严格的相似条件，即 要求满足几何相似、力学相似和材料相似
• 弹性模型试验 • 强度模型试验
缩尺模型试验：将原型结构的几何尺寸按比例 缩小，不须遵循严格的相似条件
2021/3/1
土动力学
2、按试验荷载性质分类
动力荷载试验
结构动力特性试验 结构动力反应试验 结构疲劳试验
2021/3/1
土动力学
3、按试验所在场地分类
实验室试验 现场试验
4、按试验结构是否破坏分类
若试件尺寸太小，要考虑尺寸效应的影响 对于结构动力试验，试验尺寸常受试验加
载条件等因素的限制
振动台加载试验，受台面尺寸、激振力大 小等参数的限制，一般只能作缩尺的模型 试验
目前国内能完成试件比例为1/50~1/4的 各类构筑物的模型试验
2021/3/1
土动力学
试件数量
试件数量直接由参与研究问题参数（分析因子） 和相应各种状态（水平数）的影响来决定
试件可以是实际结构的整体或它的一部分， 也可以是单一的构件
应考虑试验模型与原型之间的力学性能的 相似关系，按相似理论进行设计
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土动力学
试件形状
要求试验时形成和实际工作相一致的应力 状态
必须注意边界条件的模拟，使模型如实反 映构筑物的实际工作性状
2021足最大应变或挠度的要求，最大被 测值不宜大于最大量程的80％
同类参数选用同样的型号规格仪表，但在 校核测点往往使用另一种类型的仪表
动测仪表应注意仪表的线性范围、频响特 性和相位特性
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土动力学
4、模型试验的误差控制
试件制作误差 材料性能误差
模型试验由材料的试块来确定材料强度。由材料标准 试块或试件确定的强度是一种名义强度。名义强度和 实际强度之间存在误差
土动力学
3、模型试验的观测设计
观测项目
挠度 转角 局部变形 控制截面上的最大应变
测点的选择与布置
在满足试验目的的前提下，测点宜少不宜多 测点的位置变形要有代表性 布置一定数量的校核性测点
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土动力学
仪器的选择与测读原则
精度要求，最小测量单位不大于最大被测 值的5％
结构破坏试验 结构非破损试验
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土动力学
四、模型试验设计
包括试验设计、试验准备、试验实施和试 验分析等主要环节
模型试验设计是极为重要和关键的一环
对试验工作进行全面的设计和规划
确定试验的性质与规模、试件设计、试验场所、 加载与量测方案、专用试验装置、安全技术措 施
经费预算和设备清单
提出试验大纲和进度计划
2021/3/1
土动力学
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土动力学
对生产性试验，试验前必须进行实地调查 研究，收集已有的设计资料、施工日志、 材料试验报告以及施工质量检查验收记录 等
对于受灾损伤的构筑物，必须了解受灾原 因、过程和结构的现状
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土动力学
1、模型试验的试件设计
第五章 土的动力指标及其测定
第四节 模型试验 ──强夯法处理湿陷性黄土 地基的研究
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土动力学
一、 模型试验的任务
在设计的模型上以仪器设备为工具，以各 种实验技术为手段，在动荷载作用下，通 过测试与模型的工作性能有关的各种参数， 从强度、刚度、抗裂性以及模型的破坏形 态等各个方面来判断实际构筑物的实际工 作性能，估计实际构筑物的承载能力，确 定实际构筑物对使用要求的符合程度，并 用以检验和发展土动力学的计算理论。
平均抗剪强度（MPa） 0.125 0.259
平均抗剪强度（MPa） 0.101 0.284
土动力学
2、模型试验的荷载设计
模型试验时的荷载作用应使构筑物处于某一种实 际可能的最不利的工作状态
试验荷载的图式要与构筑物设计荷载图式一样 在下列条件下可采用不同于设计规定的荷载图式
对设计荷载图式的合理性有所怀疑或实际情况有所改 变