土的动力特征
泥石流的动力学特征
泥石流的动力学特征
泥石流是一种常见的自然灾害，其动力学特征十分复杂。
泥石流的运动主要受到重力、水力和摩擦力的影响。
首先，泥石流的重力是主要驱动力，不同的地形和坡度会对泥石流的流速产生影响。
坡度越大，泥石流的流速也会越快。
其次，水力是泥石流的重要影响因素之一。
当降雨量大于土壤和岩石的渗透能力时，土壤和岩石会变得湿润，形成泥石流。
同时，水的存在还可以降低泥石流的黏度，使其更容易流动。
最后，摩擦力也会影响泥石流的运动。
当泥石流通过地形变化时，会遇到摩擦力的阻碍，从而减慢其流速。
此外，泥石流中的岩石、沙子等颗粒之间的互相摩擦也会对泥石流的流动产生影响。
因此，了解泥石流的动力学特征对于预测和防治泥石流具有重要意义。
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水泥改良土作为高速铁路路基填料的动力特征研究
水泥改良土作为高速铁路路基填料的动力特征研究摘要：本论文研究了水泥改良土作为高速铁路路基填料时，其在列车动荷载作用下的动态特性，探讨了水泥改良土作为铁路路基基床填料的可行性。
关键词：水泥改良土动力特性高速铁路路基填料中图分类号：u238 文献标识码：a 文章编号：1、前言铁路路基基床而言，除了承受上部结构的静荷载外，还要受到列车东荷载的反复作用，因此，在高速铁路路基基床底层改良土的设计中，不应局限于传统的准静态设计，只分析静态指标，还应考虑其在列车动载荷作用下的动态特性。
本论文研究了水泥改良土作为高速铁路路基填料时，其在列车动荷载作用下的动态特性，探讨了水泥改良土作为铁路路基基床填料的可行性。
2、试验方案2.1试验设备和工作原理本试验仪器为dds－70型振动三轴仪，它主要由主机、静力控制系统、动力控制系统、量测和数据处理系统组成。
振动三轴仪的工作原理是由信号发生器根据需要的波形和频率信号，经过功率放大器放大后输入到激振电磁线圈，使其在恒定磁场内按照所控制的波形和频率在垂直方向进行振动。
试样受振后将产生动应力、动应变和动孔压（饱和土）。
三者分别由应力传感器、变形传感器和孔压传感器将各自的信号输入到记录仪和数字采集系统中。
2.2试验参数选择加荷方式和加荷频率：交通荷载是实际工程中的动荷载形式，一般为随机波。
鉴于目前试验条件的局限性，近似的用正弦荷载来模拟交通荷载。
交通荷载频率主要依据火车对轨道的振动频率来确定。
加载的频率为f。
从理论上讲，f为一系列频率的组合，与运行速度、车长、转向架、轴距等有关，对路基影响最大的频率是车辆通过的频率，即基本频率f＝v/li，本次试验取加载频率为5hz。
（速度按160km/h考虑）。
2.3试验方法试验前拟定好试验方案，调试好仪器设备使其处于正常工作状态。
然后按照国家现行标准，进行土试样的制备、施加静应力、进行振动、测记数据并进行分析处理等工作。
1.试样的制备和养护试样的制备按照水电《土工试验规程》（sl237－017－1999）的4.1.3扰动土制样完成，试样直径39.1mm，高度80mm，在土中掺入5%的水泥，按照最佳含水量17.6%配制，具体方法同无侧限抗压强度的制样。
动三轴测试要点
动三轴测试要点1、砂土液化现象：
2、试样饱和方法：
3、土的动强度试验
试验停止标准：
数据处理：
4、砂土的抗液化强度试验
测试振动频率的影响：
由此可见，频率的高低对试验结果的印象不显著，若在高频测试中无法得到很好的控制效果，可以考虑降低测试频率。
初始液化标准：1）试样在循环荷载下，孔隙水压力等于侧压力为破坏标准；或者2）双振幅应变值，对于砂土为
5、土的动力特征试验（动弹模和阻尼比）
动模量：对每一滞回圈，连接原点与滞回圈顶点直线的斜率，即相应于滞回圈顶点处应力（或应变）的动模量
动剪切模量：不同动应变（不同动模量）的动剪切模量为：
阻尼比：
土的动模量并非常量，是随动应变的大小而变化的，当动应变很小时，动剪切模量和阻尼比可以认为是常量，但当动应变增大时，动剪切模量则变小，而且土的阻尼比将随之变大。
黄河三角洲防潮堤工程地基土的动力学特征分析评价
关键词 ：黄河三角洲防潮堤 ；土动 力试验 ；动水条件 ；动 力参数 中图分 类号 ：Ｔ ４ ３ ５ Ｕ １． 文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
能会发生局部震陷失稳。同时当受周边大震 的影 响 时， 特殊的软土层也可能会发生局部地层失稳。针对
分别在海堤段近 胜利油田是中国第二大油 田， 地处 黄河 口冲积平 莱州湾区域海滩涂地 的新近沉积 土， 原上 ， 其东边 、 北边临海 ， 在临海的莱州湾一带是油井 海位置的 ２＃４ ＃ ７ ＃ ０ 、 和 １ 钻孔的稍深部土层进行 了动 ７
＝
莱州湾地区有郯城一庐江大断裂穿过 ， １４ 在 ０６年 曾发生过 ６ ５ ． 级地震 ， 现代小震活动也较频繁 ， 整个场 区处在一个黄河冲积与海相沉积 的软土 区域 内， 由于
５ 、 ０ １ Ｐ 下进行试验 ， ０ １ 、５ ｋ ａ ０ ０ 采用 ８ ＝ ％及孔隙水 ｄ５
压力等于 围压双重破坏标准 ， 计算 出动剪应力 ｒ 。考 ａ 虑到土样在室内进行动强度试验 时， 其振动 受 力状 态 与实际地震时还有一定的差异 ， 所以将 ＂ 乘 以修正系 Ｅ ｄ 数 ｃ （ ０ ６ 得到 ｒ ， Ｃ ＝ ．） ｈ然后绘制 ｒ 与振动次数 Ｍ 的 ｈ
维普资讯
７０ ７
资源环境与 工程
２０ ０６年
表 １ 土的基本物理性质指标
Ｔａ ｌ Ｐ ｙ ｉａ ｒｐ ｒｉｓｏ ｏｌ ｂｅ１ ｈ ｓｃｌｐ ｏ ｅｔ ｆｈｅｓｉ ｅ ｔ
表 ２ 粉土的颗粒 组成 参数
Ｔａ ｌ Ｔ ｅ ｇ ａ ｎ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｈ ｏ ｅ ｏ ｌ ｂｅ２ ｈ ｒ ｉ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｐ ｗｄ ｒ ｓ ｉ
进一步查 明海滩新近沉积土在动力作用下 分布密集 的区段 。由于莱州湾具有较 特殊 的地理位 三轴试验 ， 置， 极易发生风暴潮 ， 中国风暴潮重灾 区之一 ， 是 风暴 的力学特征性能 ， 同时为采用深基础如不稳定地段的
土的物理性质及工程分类
01第一章土的物理性质及工程分类(总18页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-课题: 第一章土的物理性质及工程分类一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律；2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换；3.熟悉土的抗渗性与工程分类。
二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。
三、教学难点：指标间的相互转换及应用。
四、教学时数： 6 学时。
五、习题：第一章土的物理性质及工程分类一、土的生成与特性1.土的生成工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。
土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。
不同风化形成不同性质的土，有下列三种：（1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。
由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。
（2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。
由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。
（3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。
矿物成分没有变化。
2.土的结构和构造（1）土的结构定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。
1)种类：●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。
●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。
●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。
小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。
图土的结构3）工程性质：密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。
（2）土的构造1）定义：同一土层中，土颗粒之间的相互关系。
2）种类：●层状结构：由不同颜色或不同粒径的土组成层理，一层一层互相平行。
●分散构造：土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
植物生产环境-土壤物理机械性与耕性
土壤的物理机械性与耕性土壤在受到外力作用时，显现出来各种不同的动力学特征，包括粘结性、粘着性、可塑性、胀缩性以及其他受外力作用后而发生形变的性质。
一、土壤物理机械性（一）土壤黏结性土壤黏结性是指土粒与土粒之间由于分子引力而相互粘结在一起的性质。
（二）土壤黏着性土壤的黏着性是指土粒黏附于外物上的性能，是由土粒—水膜—外物之间相互吸附而产生的。
影响土壤粘结性和粘着性的因素有：1.土壤质地土壤愈细，接触面愈大，粘结性和粘着性愈强，所以粘质土壤的粘结性和粘着性都很显著，耕作困难。
砂质土则粘结性和粘着性弱，易于耕作。
2.土壤含水量含水量愈少，土粒距离愈近，分子引力愈大，粘结性愈强，故干燥土块破碎甚为困难。
随着水分含量增加，水膜使土粒间的距离加大，分子引力减弱，粘结性减小。
土壤干燥时无粘着性，随着水分含量的增加，粘着性逐渐增强。
因为此时土粒与外物间有水膜生成。
但是当水分过多时（一般认为大约超过土壤饱和持水量的80%以后），由于水膜太厚而降低了粘着性，直到土壤开始呈现流体状态时，粘着性逐渐消失。
所以粘质土壤在水分较多时进行耕作，常因土壤粘着于农具而感到费力；而土壤在清水条件下犁耙却很少受粘着性的影响。
3.土壤结构团粒结构可使土团接触面减少，因而其粘结性和粘着性降低，土壤疏松易耕。
据试验，在相同质地条件下，有团粒结构土壤的粘结性比无团粒结构土壤要小2-6倍。
4.土壤腐殖质含量腐殖质含量增加可减弱粘土的粘结性，因为腐殖质在土粒外围形成薄膜，改变了粘粒接触面的性质。
也可减低粘性土壤的粘着性，腐殖质的粘结力和粘着力都比砂土大，因而腐殖质可以改善砂质土过于松散的缺点。
5. 土壤代换性阳离子的组成不同的阳离子种类可影响土粒的分散和团聚。
钠、钾等一价阳离子可使土粒分散，导致粘结性、粘着性增大。
二价钙、镁离子能促使土壤胶体凝聚，土粒间的接触面积减少，从而降低土壤的粘结性和粘着性。
（三）土壤胀缩性土壤吸水体积膨胀，失水体积变小，冻结体积增大，解冻后体积收缩这种性质，称为土壤的胀缩性。
水泥改良土作为高速铁路路基填料的动力特征研究
土样 ３ ＿ ４
土样 ３ — ５ 土样 ３ － ６ 土样 ３ — ７ 土样 ３ — ８ 土样 ３ － ９ 土样 ３ 一ｌ ０
１ ５ ０
１ ５ ０ １ ５ ０ １ ５ ０ １ ５ ０ １ ５ ０ １ ５ ０
０ ． １ ９ １ ２ １ ６ ． ８ ３
土样 ３ — ２
土样 ３ — ３
１ ５ ０
１ ５ ０
Ｏ ． １ ４ ７ １ ３ ７ ． ８ ４
０ ． １ ４ １ ７ ４ ． １ ９
土样 １ － ４
土样 ｌ 一 ５ 土样 １ － ６ 土样 ２ —１ 土样 ２ ＿ ２ 土样 ２ — ３ 土样 ２ ＿ ４ 土样 ２ — ５
０ ． ２ ３ ５ ２ ６ １ ． ９ ０ ． １ ７ ７ ２ ９ ９ ． ２ ｌ ０ ． ３ ３ ９ ３ ４ ６ ． ０ ８ ０ － ３ ６ ４ ０ ２ ． ６ ４ Ｏ ． ４ ６ ８ ４ ３ ３ ． ６ ５ １ ． ２ ４ ５ ０ ６ ． ２ ２
０ 引 言 动态特性。 本 论 文研 究 了 水泥 改 良土作 为 高 速 铁 路 路 基 填
试验土样编号 Ｋ Ｐ ａ
土样 ｌ 一 １ ５ ０ ５ Ｏ
％
Ｋ Ｐ ａ 试验 土样 编号 Ｋ Ｐ ａ
土样 ３ 一ｌ １ ５ ０
％
Ｋ Ｐ ａ
料时， 其 在列车动 荷载作用 下的动态特 性 ， 探讨 了水 泥改 良土作为铁路路基基床填料 的可行性。 １ 试验方案 １ ． １试 验设备和 工作原 理 本试验 仪器为 Ｄ Ｄ Ｓ 一 ７ ０型
５ Ｏ
５ ０ ５ ０ １ ０ ０ １ ０ ０ ｌ ０ ０ １ ０ ０
０ ． ３ ６ １ ３ ８ ． ９ ｌ
地震工程中的土体动力学分析
地震工程中的土体动力学分析地震工程是研究地震对土壤和工程结构产生的影响，并采取相应的措施来减轻地震对工程的破坏的一门学科。
土体动力学分析是地震工程研究中的重要内容之一，它主要研究地震作用下土体的动力响应，包括地震波的传播、土体的动力参数确定、土体的动力响应分析等。
一、地震波的特征及传播地震波是地震能量在地球中传播的结果。
根据地震波的传播介质不同，可以将地震波分为纵波、横波和表面波。
纵波是沿介质传播的压缩波，横波是垂直于传播方向的剪切波，而表面波则是分布在介质表面的波动。
地震波在地层中的传播会产生一系列的运动效应，如反射、折射、衍射等。
地震波传播的特征对土体的动力响应有着重要影响，因此准确地估计地震波在土体中的传播特性是土体动力学分析的重要前提。
二、土体动力参数的确定土体的动力参数是指描述土体对地震波作用下的响应特性的一组参数，包括波速、阻尼比、刚度等。
准确地确定土体的动力参数对于地震工程设计具有重要意义。
波速是土体动力学分析的重要参数之一。
一般来说，地震波传播速度和土壤的物理性质有关，土壤的密度、孔隙比、饱和度等都会对波速产生影响。
在土体动力学分析中，通常使用地震波传播速度来描述土体对地震波的传播情况。
阻尼比是描述土体对振动能量耗散的指标。
在地震波作用下，土体的阻尼会影响振动的持续时间和振幅的衰减程度。
因此，准确地确定土体的阻尼比对于地震工程设计具有重要的意义。
刚度是土体对应力或应变的响应特性。
在地震波的作用下，土体的刚度会发生变化，不同振动频率下的刚度值也会不同。
在土体动力学分析中，需要准确地确定土体在不同频率下的刚度曲线，以评估土体对地震波的动态响应。
三、土体动力响应分析土体动力响应分析是地震工程中的核心内容之一。
它主要研究地震波作用下土体的振动响应，以评估工程结构在地震作用下的稳定性和安全性。
土体动力响应分析通常可采用数值模拟方法进行，如有限元法、边界元法等。
在进行数值模拟之前，需要准确地确定土体的动力参数，并根据实际情况设定合理的地震波输入条件。
地基土的动力特性参数的取值
作 者 简 介 ：杨 时英 何 旭 芳
９７７
９７８ ９７８
男 ，浙 江 省 第 七 地 质 大 队 高 级 工 程 师 。
女 ，浙 江万邦工程管理咨询有 限公司工程师 。
女 ，浙 江 万 邦 工 程 管 理 咨 询 有 限公 司工 程 师 。 男 ，浙 江 省 第 七 地 质 大 队 助 理 工 程 师 。
文 化 内涵 深 厚 。
（ ）以 山 口集 中 区为 代 表 的 叶蜡 石 矿 ，其 稀 有 性 、观 赏 ２ 价值、科学价值和 保存完整性在 “ 四大 国石 ” 中特 征 突 出 ， 为 青 田石 所 独 有 。 （ ）综合 青 田县 各 种 地 质遗 迹 类 型 及其 评 价 结论 ， 田 ２ 青 县遗 迹 集 中 区遗 迹 类 型 全 面 、 系 统 完 善 ，达 到 了构 建 国家 级
沟 、 地 脚 螺 栓 等 的尺 寸 及 位 置 ； （ ）机 器 的扰 力 和 扰 力 矩 及 其 方 向 ； ３ （ ） 基 础 在 建 筑 物 中 的位 置 ； ４
（ ）建筑场地 的地质勘察资料 。 ５
其 中第 ５条 就 是 地 质 勘 察 部 门 所 要 提供 的 资 料 。动 力 机 器 基 础 勘 察 要 求 较 高 ，除 了 需 要提 供 一 般 建 筑 勘 察 所 需 的 岩
参 考 文献 … Ｊ Ｊ ４ ２ ０ ，建 筑 桩 基技 术 规 范 ［ ． １ Ｇ９— ０８ ｓ 】 ［ ２ 】工 程地 质 手 册 ［ ＿（ 三 版 、 第 四 版 ） Ｍ１ 第 ． 【 Ｇ ５０ — ６ ３ Ｂ ０ ４ ９ ，动 力机 器基 础 设 计 规 范 【 ． 】 ｓ Ｊ 【 ４ 】ＤＢ ３ １０ — ０ ３ 建 筑地 基 基 础 设 计 规 范 【Ｊ 浙 江 省 标 ３ ／０ １ ２ ０ ， ｓ．
双王城水库坝基土动力学特征试验研究
２ Ｃ ｉ ｓ ｃａ ｉ ｒｔ ， ｎ ｄｏ２ ６ ０ ， ｈｎ ； ． ｈｎ ｅＯ ｅｎＵｎｖ ｓｙ Ｑｉｇａ ６ １０ Ｃ ｉ ｅ ｅｉ ａ
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强震动作用下土体非线性动力特征研究发展与展望
强震动作用下土体非线性动力特征研究发展与展望王玉石;李小军;兰日清;王宁;陈红娟【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2016(011)003【摘要】浅地表覆盖土层动力特性对地震动影响显著,软厚土层会明显改变地震动强度及频谱特性.由于观测数据匮乏,强震动作用下土体非线性动力特征研究长期以来均以室内试验为主,但在实验室中难以可靠地模拟实际地震历程中土体承受的加载路径、边界条件、排水条件等复杂因素.近二十年来竖向台阵(至少包含一个地表测点和一个井下基岩测点)记录数据大量增加,为土体非线性动力学研究提供了新的基础数据与发展机遇,使基于现场观测的土体非线性动力特征实证研究成为可能.【总页数】13页(P480-492)【作者】王玉石;李小军;兰日清;王宁;陈红娟【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;北京工业大学建筑工程学院,北京100124;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国地震局地球物理研究所,北京100081【正文语种】中文【相关文献】1.基于土体非线性性质的土-堆石坝动力相互作用(SRDI)体系的动力特性 [J], 夏栋舟;刘瀛之;刘建华2.动态承压水作用下考虑土体非线性的基坑弱透水层出逸比降研究 [J], 应宏伟;王迪;许鼎业;章丽莎3.基于土与高层建筑群相互作用振动台试验的土体动力非线性模拟 [J], 葛琪;熊峰;陈江;谢伦武4.罕遇地震作用下考虑接触效应的高层建筑上部结构-桩-土体相互作用的非线性分析 [J], 武成浩;姚谦峰;阎红霞;李吉涛5.地下隧道-土体非线性动力相互作用的FE-IE-INE模型的研究 [J], 邓芃;刘艳;毕继红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
泥石流动力特征计算-精品.pdf
3.3.2泥石流的力学特征(1)容重泥石流静力学特征主要指泥石流体或浆体的容重、含水量、物质组成、流变特征、化学性质及其静力特征等。
在一般地区出于泥石流的突发性、冲击力大等条件所限，难以直接测得天然泥石流容重。
一般采用现场调查试验法进行泥石流容重的测定，即在现场请当地亲眼看见泥石流暴发的居民多人，在需要测试的沟段，选取有代表性的堆积物搅拌成暴发时泥石流流体状态，进行样品鉴定，然后分别测出样品的总质量和总体积，求出泥石流流体容重。
在无法取得代表性样品时，根据《规范》中泥石流沟易发程度数量化评分标准，对某泥石流沟进行泥石流沟易发程度数量化评分（详见表4-3），按照《规范》中附表“数量化评分（N ）与重度、（1＋Φ）关系”，可以得到泥石流的容重。
本报告采用后一种方法，查表得到泥石流的容重为 1.68t/m3。
(2)泥石流流速泥石流的流量是泥石流重要的特征值之一。
它不仅反映了泥石流的强度，规模和流体性质，而且决定着防治泥石流工程建筑物的类型、结构和尺寸。
因此，泥石流的洪峰流量是泥石流研究和防治工程中不可缺少的参数。
流速VC 按照铁道部推荐的稀性泥石流的计算公式进行计算:5.03211cCI Rna V 式中：a 1——泥石流中含沙量变化引起的流速修正系数，5.0111Ha；R ——水力半径(m)，2.5m ；IC ——泥石流水力坡度（‰），用沟床纵坡代替；n 1——清水河床糙率系数；——泥石流泥沙修正系数，cH c；c——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；w——清水容重（t/m3），1.0t/m3；H——泥石流中固体物质重度（t/m3）。
根据以上计算公式，泥石流的平均流速为8.28m/s 。
(3)泥石流流量泥石流流量计算，目前主要有两种方法，一是雨洪法；二是形态调查法。
①雨洪法假设泥石流与暴雨同频率、且同步发生，先按水文方法计算出断面不同频率下的小流域暴雨洪峰流量(计算方法查阅四川省水文手册)，然后选用堵塞系数，按下式计算泥石流流量：cpcD QQ 1式中：cQ ——频率为P 的泥石流洪峰值流量（m3/s ）；pQ——频率为P 的暴雨洪水设计流量（m3/s ）；——泥石流泥沙修正系数，查《规范》附表，值为0.71；c——泥石流容重（t/m3），为1.68t/m3；w——清水的重度（t/m3），为1.0；H——泥石流中固体物质重度；DC ——泥石流堵塞系数（见表3-8），可查经验表为 1.5。
土动力学1
t
车辆荷载 机器基础
动荷作用的共同特点：大小随时间而发生 变化； 动荷在随时间变化过程中的两种效应： 速率效应，即荷载在很短的时间内以很高 的速率加于土体所引起的效应； 循环效应，即荷载的增减，多次往复循环 地施加于土体所起的效应；
§1.3 动荷作用对工程建筑的影响
一、地基破坏 二、结构破坏
§1.4 土动力学的发展 动力机器基础（machine foundation)： 20世纪30年代,以德国的E.Reissner和前苏 联的D.D.Barkan为代表。 防护工程（protective construction)：二 次世界大战以后。 地震工程（earthquake engineering)：60 年代以后，随几次大地震的发生，迅速 发展。
• 1977年第九届国际土力学及基础工程工 •
程学会会议上正式分列出土动力学问题 讨论为标志。 1981年Shamsher Prakash出版了专著 《Soil Dynamics》,1983年B.T.Das出版了 《Foundation of Soil Dynamics》）
1964年日本新泻地震、美国阿拉斯加地 震、 1971年美国圣费尔南多地震, 1995年 日本神户大地震等使土动力学和岩土地 震工程的研究达到了一个新的高潮,取得 了丰硕的成果.
土动力学
（SOIL DYNAMICS)
第一章
绪 论
§1.1 土动力学的任务、内容、研究途径 土动力学是土力学的一个分支，是 研究动荷载作用下土的变形和强度特性 及土体稳定性的一门学科。 土动力学的任务在于探求动荷载作 用下土变形强度特性变化的规律性，应 用近代力学的原理，分析研究土工建筑 物及建筑物土质地基在各种动力影响下 的变形稳定性和强度稳定性。
第 11章 土的动力特性
seed等在其所进行的饱和密砂固结不排水动三轴试验 中证明了“循环流动性”这一现象的存在。 循环荷载作用初期的累积剪缩 (伴随孔隙水压力的持 续上升)及后期的加载剪胀和卸载剪缩的交替作用，就形 成了通常所称的循环流动性。循环流动性的产生不仅与 砂上的密实度有关，而且还与周围固结压力大小、主应 力比、往返动应力幅值及次数等因素密切相关。
11.2.2
饱和砂土震动液化的影响因素
早期的室内试验主要是研究土的抗液化性能，在这些 试验中，通常将达到初始液化或循坏应变幅值达到某一 限值定义为液化破坏。
应力标准
对于松一中密的饱和砂土，振 动孔隙水压力上升很慢，达到 初始有效应力σ3c时应变突然 增大。初始液化发生大变形,
应变标准
对于密实砂土，振动孔隙水压力 上升很慢，达到初始有效应力 σ3c时应变逐渐增大。再继续加 荷引起有限幅度的应变，这一特 性即循环流动性。只发生有限的 应变，处于周期性的不稳定状态。
11.2 饱和砂土的振动液化
11.2.1饱和砂土振动液化的概念与机理
砂土液化判别一直是土动力特性研究中的一个主要问 题之一. 美国土木工程师协会岩土工程分会土动力学委员会 (1979)对 “液化”一词的定义是 “液化” : 任何物质转 化为液体的行为和过程。就无粘性土而言，这种由固体 状态变为液体状态的转化是孔隙水压力增大和有效应力 减小的结果 饱和砂土液化的机理，大致可归纳为三种类型: 砂沸 (smdboil)、循环流动性 (cyclicmobility)、流滑 (fowslide)
11.3 饱和粘性土的动强度
饱和粘性土的动强度定义为在指定往返作用次数下 使土样的轴向变形达到破坏标准时所需的往返应力与初 始静轴向应力之和。通常也将动强度称为循环强度。
土体振动控制方程
土体振动控制方程土体振动控制方程是利用控制手段对土体振动进行控制的方程式。
该方程式主要由土体的动力学方程、控制方程和性能方程三部分组成。
动力学方程是描述土体振动特征的重要方程，针对不同土体类型，其动力学方程也有所不同。
以泥土为例，其动力学方程可表示为：$\rho\underline{\ddot{u}}=(\lambda+2\mu)\text{div}\underline{u}+\underl ine{f}$其中，$\rho$为泥土的质量密度，$\lambda$和$\mu$为其弹性常数，$\underline{u}$为泥土的位移矢量，$\underline{f}$为外力矢量，$\text{div}\underline{u}$为位移的散度。
控制方程是通过控制手段对土体振动进行控制的关键方程，其主要目的是通过控制外力矢量，改变泥土结构的本质，减少泥土振动的强度和频率。
控制方程可表示为：$\underline{f}_c=\underline{K}_p(\underline{u}_d-\underline{u})+\underline{K}_v(\underline{\dot{u}}_d-\underline{\dot{u}})+\underline{K}_i\int_0^t(\underline{u}_d-\underline{u})dt$其中，$\underline{f}_c$为控制力矢量，$\underline{K}_p$、$\underline{K}_v$和$\underline{K}_i$为控制器的比例增益、微分增益和积分增益系数，$\underline{u}_d$和$\underline{\dot{u}}_d$为期望的位移和速度，$\underline{u}$和$\underline{\dot{u}}$为当前的位移和速度。
性能方程是描述土体振动控制效果的方程，其通过目标函数的定义和优化方法，对控制器的三个增益系数进行优化，从而使得泥土振动的响应能够满足设计要求。
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N50
c. 击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适
§10.2 土的压实性
4. 压实标准
a. 粘性土存在最优含水量ωop，在填土施工中应该将土料的 含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax，通常取
填土的干密度
Dc
10% 0
室内标准击实d试 max验的
b. 工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）
§10.2 土的压实性
二. 细粒土的压实性
1.击实曲线 2.理论分析 3.影响因素 4.压实标准
§10.2 土的压实性
1.击实曲线
最大干密度 特点： 最优含水量 ①具有峰值 ②位于饱和曲线之下
d1G G ss w w /Sr
干密度d(g/cm3)
2.0
dmax=1.86
1.8
1.6
1.4
wop=12.1
•颗粒表面水膜很薄，相对移动困难
•孔压力升高显著，抵消部分击实功; •形成封闭气泡和水难以排出;
24 28
§10.2 土的压实性
3. 影响因素
a. 击实功能
N30
b. 土的级配
N10
E,op,d,max
N50
con,sEt,d存在一个上界
级配越好，max其越大
2
1
Econst
op(23%)
d
E
3
const
• 在动荷载作用下，土的强度和变形特性都将受到影 响。
• 动荷载可能造成土体的破坏，必须加以充分重视； • 动荷载可被利用改善不良土体的性质，如地基处理
中的爆炸法、强夯法等。
§10.1 概述
图10.1 动荷载的类型 (a)冲击荷载；(b)不规则荷载；(c)周期荷载
§10.2 土的压实性
压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密 实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性
由于动荷载的这两个特性，使得土在动荷载 作用下，其力学性质与静荷载作用时相比有 很大差异。
§10.4 周期荷载下的土的强度和变形特征
此图反映了荷载作用次数对土强度的影响。动荷 载反复作用次数越少，动强度越高，随着次数的 增加，土的强度逐渐降低，当反复作用100次(压 实黏性土)或50次(饱和软黏土)时，动强度已接 近或低于静强度，若次数再增加，则低于静强度。
高速公路和一级公路 Dc>95 % 其他公路 Dc>93% Ⅰ、Ⅱ级土石坝 Dc>95~98% Ⅳ~Ⅴ 级土石坝 Dc>92~95%
§10.2 土的压实性
三1.击. 粗实曲粒线土的压实性
特点
①不存在最优含水量； ②在完全风干和饱和两种状态 下易于击实； N50 ③潮湿状态下ρd明显降低。
20% 粗砂 ω =4~5% 时，干密度最小
§10.5 土的动力特征参数简介
-8 动剪切模量和阻尼比的室内试验方法
试验方法 动剪切模量 阻 尼 比 试验方法 动剪切模量 阻 尼 比
超声波脉冲
√
周期单剪
√
√
共振柱
√
√
周期扭剪
√
√
周期三轴剪
√
§10.5 土的动力特征参数简介
-9 动剪切模量和阻尼比的原位试验方法
试验方法 动剪切模量 阻 尼 比 试验方法
§10.4 周期荷载下的土的强度和变形特征
No Image
动荷载的加荷速度，对土的强度与变形也将 产生影响。如图10-20所示，加荷速度越慢， 其强度越低，但承受的应变范围越大。
§10.5 土的动力特征参数简介
动力特征参数
土的动力特征参数包括： 动弹性模量或动剪切模量、阻尼比或衰减 系数、动强度或液化周期剪应力以及振动 孔隙水压力增长规律等。 其中动剪切模量和阻尼比是表征土的动力 特征的两个主要参数，本节简介这两个动 力特征参数。
（3）振后处于密实状态
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化
2. 液化机理
振前砂土结构
振中颗粒悬浮，有效 应力为零
振后砂土变密 实
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化
2. 液化机理
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化
3. 液化定义
• 在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬浮， 超静孔隙水压力急剧升高，直到其孔隙水 压力等于总应力时，有效应力为零，砂土 的强度丧失，砂土呈液体流动状态，称为 液化现象。
中砂 ω=7%；
2. 理论分析
✓ 对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。
✓ 在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。
3. 压实标准
✓ 常用相对密度控制 Dr>0.7~0.75 ✓ 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和
§10.3 土的振动液化
§6.6土的动强度与砂土的振动液化
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化
1. 液化现象
孔
压
• 饱和松砂在振动情
U
况下孔压急剧升高
• 在瞬间砂土呈液态
时间T
§10.3 土的振动液化
§10.3 土的振动液化
日本阪神地震引起的路面塌陷
§10.3 土的振动液化
由于液化引起的河道破坏—日本神户
§10.3 土的振动液化
阪 神 地 震 中 新 干 线 的 倾 覆
第十章 土的动力特征
➢ §10.1 概述 ? §10.2 土的压实性 ? §10.3 土的振动液化 ? §10.4 周期荷载下土的强度和变形特征 ? §10.5 土的动力特征参数简介
§10.1 概述
• 在土木工程建设中，土体经常会遇到天然振源的地 震、波浪、风或人工振源的车辆、爆炸、打桩、强 夯、动力机器基础等引起的动荷载作用。
§10.5 土的动力特征参数简介
动剪切模量
土的动剪切模量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τd与动剪应 变εd之比值:
Gd = τd /εd
(10-8)
§10.5 土的动力特征参数简介
阻尼比
土体作为一个振动体系，其质点在运动过程中由于黏滞摩擦作用 而有一定的能量损失，这种现象称为阻尼，也称黏滞阻尼。 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。 土的阻尼比ζ是指阻尼系数与临界阻尼系数的比值。 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。阻尼比是衡量吸收振动能量的尺度。地基或土工建筑物振 动时，阻尼有两类，一类是逸散阻尼，另一类是材料阻尼。前者 是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，后者是土粒间摩擦和孔隙中水与气体 的黏滞性产生的。
§10.4 周期荷载下的土的强度和变形特征
土的动强度可以用数种动力试验方法确定。根 据试验的加荷方式，动力试验方法可分为四种 类型，如图10-18所示。 (a)单调加载； (b)单调—循环加载； (c)循环—单调加载；(d)单调增加循环加载
§10.4 周期荷载下的土的强度和变形特征
图10-19反映了反复荷载作用下土的变形特性。 由图可知，应变随作用次数的增加而增加、随 动应力与竖向应力之比σd/σz值的增加而增加。
✓ 土粒破碎，粒间联结力被破 1.6
坏而发生孔隙体积减小;
✓ 气被挤出或被压缩等
1.4
wop=12.1
0 4 8 12 16 20 含水量w(%)
d ω ωop, ρ d ρdmax d ω< ωop , ρ d< ρdmax d ω> ωop , ρ d< ρdmax
•水膜润滑作用效果最佳; •尚没有形成封闭气泡，气易于排出;
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化 4. 砂土液化的影响因素（228页）
• 4.1 土类 • 4.2 土的密度 相对密度Dr<60% • 4.3 土的初始应力状态
5. 地基液化判别与防治（230页）
§10.4 周期荷载下的土的强度和变形特征
动荷载特性
一是具有时间性，通常在10s以内应作为动 力问题； 二是荷载的反复性(加卸荷)或周期性(荷载变 向)。
压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性
研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度
击实方法： 室内击实试验 现场试验: 夯打、振动、碾压
§10.2 土的压实性
一. 室内击实试验 二. 细粒土的压实性 三. 粗粒土的压实性
§10.2 土的压实性
一. 室内击实试验
• 试验设备 击实筒V=997cm3；击实锤m=2.5kg；锤底直径d=5cm
§10.3 土的振动液化
地基液化引起的储油罐 倾斜—日本神户
§10.3 土的振动液化
日本阪神地震引起的地面下沉房屋脱离地面
§10.3 土的振动液化
桩基础（房屋基础露出地面）
§10.3 土的振动液化 一. 饱和松砂的振动液化
2. 液化机理
（1）初始的疏松状态
（2）振动以后处于悬浮状态 —孔压升高（液化）
0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%)
粘性土渗透系数K很小，压 实过程中含水量几乎不变， 要想击实到饱和状态是不可 能的。
(d)sat1G sG sww
Sr 1
§10.2 土的压实性
干密度d(g/cm3)
2. 理论分析
压实机理：
2.0
dmax=1.86
1.8
✓ 颗粒被击碎，土粒定向排列;
折射法 √
钻孔波速法
动剪切模量 阻 尼 比 √
反射法 √ 表面波法 √
动力旁压试验