土的动力特性

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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 排渗能力越强，抗液化强度越大。成层地基中的 可液化土层，即使其相邻土层并无显著的排渗条 件，但由于动荷载作用下邻层土中所引起的动孔 压很低，也可以对液化土层中本应产生的高孔压 起到拉平或削减幅值的作用。？
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 总的来说，细的颗粒、均匀的级配、浑圆的土粒 形状、光滑的土粒表面、较低的结构强度、低的 密度、高的含水量、相对较低的渗透性、较差的 排水条件、较高的动荷载、较长的振动持续时间、 较小的法向压力都是不利于饱和砂土抗液化性能 的因素；反之，饱和砂土的抗液化性能较好。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 振动液化的发生和发展必须同时具备的两个基本 条件： • 1.振动作用足以使土体的结构发生破坏（即振动 荷载较大或砂土的结构强度较小），这是土中产 生动孔压的先决条件； • 2.在土体结构发生破坏后，土粒发生移动的趋势 不是松胀而是压密，这是使动孔压迅速大幅增长 的充分条件。 • 所以说疏松的饱和砂土比密实砂土容易发生振动 液化。（结构不易破坏、孔压下降）
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 三、剪缩性土和剪胀性土 • 大量的试验表明，密实的砂土在剪切破坏时会发 生剪胀而疏松的砂土会发生剪缩。 • 临界孔隙比：与土上作用的法向固结应力有关。 （土在剪切破坏时既不剪胀也不剪缩） • 根据前面所述振动液化发生的条件可知剪缩性砂 土容易发生振动液化。 • 相态转换点：孔压先升高后降低时应力路径上所 对应的转折点。不同应力路径上这类点的连线即 为相态转换线。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 一、液化发生的机理 • 振动液化就是饱和土在动荷载作用下丧失其原有 强度而转变为一种类似液体状态的现象。它是一 种特殊的强度问题，以强度的大幅度骤然丧失为 特征。比如饱和砂土表现出的喷砂冒水、长距离 的迅速滑移、土体中轻型结构物的上浮或土体上 建筑物的下陷等现象。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 二、流动液化与循环液化 • 当土中孔压发展到等于上覆有效压力时，我们称 土发生了初始液化。此后，在动荷载的作用下土 中可能会引起两种不同的情况： • 1.流动液化：每一个振次均能使土发生迅速而持 续发展的变形，表现出无限流动的特征，它的移 动具有突发性和持续性，只能在饱和剪缩性土中 发生。
• 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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• （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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• 3.动荷载条件 • （1）从动荷载作用的波形条件看，砂土对于液化 的抵抗能力在冲击波（仅在部分时间内具有相同 的最大加速度，在它前只有1-2个峰的振幅超过最 大振幅的60%）作用时最大，振动型波（在最大振 幅的一侧波形内有3个以上的峰，其振幅超过最大 振幅的60%）作用时次之，正弦型波作用时最小。 • （2）从动荷载的振幅A和频率f来看，它们与振动 a 4 2 f 2 A 。试验表明， 的最大加速度有直接关系， 只要加速度不变，低频高幅和高频低幅的不同组 合对土的动力效应一般并没有多大的差别。
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• 2.初始应力条件 • （1）从初始的覆盖应力状态看，有效覆盖压力 越大，液化的可能性越小。 • （2）从初始的剪应力状态看，在三轴试验条件下， K 初始固结应力比 或起始剪应力比 越大，土 的抗液化能力也越大。Kc>1的动强度（剪应力可 能只有大小的变化，而没有或较小有方向上的变 化）大于Kc=1的动强度（剪应力发生反复的方向 变化）。当然，如果初始固结应力比远远大于1， 初始剪应力很大，则在动应力作用下的静、动剪 应力有可能大于土的抗剪强度时，土的抗液化强 度必将进一步降低。
土的动力特性（二） ———振动液化特性
土的动力特性规律（二）————振动液化特性
Hale Waihona Puke Baidu
• 液化是土动力学中一个非常实际、也非常重要的 问题。面对土和土体的液化，必须面对如下5个问 题作出回答：什么是液化？土在什么条件下容易 液化？容易液化的土是否会在实际上启动液化？ 液化的启动会不会导致破坏与危害？防止和减小 液化的危害可采取什么样的对策？ • 涉及振动液化的基本概念与影响振动液化的主要 因素。
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• 2.循环液化：每一个振次只能产生一定的有限变 形，这种变形具有随振动而逐渐增加的特性或者 趋于稳定往复变化的趋势，它发生在具有剪胀行 或有一定阻力或在荷载作用下有硬化趋势的土中。 • 剪胀的出现会导致土体出现非液化状态，使动力 过程表现出液化状态与非液化状态的交织变化。 每一次应力循环产生有限变形，变形不断增长， 最终导致土体破坏。 • 当土体在荷载作用下具有的硬化较强时，甚至只 会产生往返活动性的液化，而不再有变形增长的 发生。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 当振动作用到土上时，土骨架会因振动的影响而 受到一定的惯性力和干扰力。由于各个土粒的质 量不同，各处土粒的排列状况不同，或者各点作 用的起始应力和传递到达的动荷载强度不同，作 用它们在各个土粒上的力，其在大小、方向和所 产生的实际影响等方面就会有明显的差异，从而 在土粒的接触点引起新的应力。当这种应力超过 一定的数值时，就会破坏土粒之间原来的联结强 度与结构状态，使砂粒彼此之间脱离接触。原先 由砂粒通过它的接触点所传递的压力（有效压 力），就要传给孔隙水来承担，引起孔隙水压力 的骤然增高。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 稳态线的垂直位置主要受粒度的影响，斜率主要 受颗粒形状的影响。如果土所受的静剪应力超过 了稳态强度，土易发生流动液化，但循环液化可 以在静剪应力超过稳态强度的时候发生，也可以 在未超过稳态强度的时候发生，视静、动剪应力 大小间的情况而定。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 此时，一方面是孔隙水在一定超静水压力的作用 下力图向上排除，另一方面是土颗粒在其重力作 用下又力图向下沉落，这就有可能使土在结构破 坏的瞬间或一定时间内，土粒因其向下的沉落为 孔隙水的向上排除所阻碍，处于局部或全部悬浮 （孔隙水压力等于有效覆盖压力）状态，土的抗 剪强度局部地或全部地丧失，出现不同程度的变 形或完全液化（振动液化）。此后，随着孔隙水 逐渐挤出，孔隙水压力就逐渐减小，土粒又逐渐 沉落，重新堆积排列，压力重新由孔隙水传给了 土粒承受，砂土即达到新的稳定状态（振动压 密）。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 四、流动结构与稳态线 • 流动结构：在发生大变形的情况下，土会得到一 种所谓的“流动结构”，处于常值剪应力、常值 有效应力、常值体积和常速度的流动状态。此时， 土的变形只依赖于密度并称之为稳态。 • 稳态时的土所具有的抗剪强度称为稳态剪切强度。 稳态剪切强度虽然一般很低，但却不会等于零。 如果将对应于此情况的密度e、法向有效应力 和 剪切强度τ 在e- -τ 的三维空间坐标内绘出，它 就会形成一条稳态强度线。将其绘于 e log 3c平 面内时，可以得到一条直线并称之为稳态线。
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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。