土动力学试验平台
渤海土类动力非线性参数及合理性
关键词 ： 渤海海域 ； 动力 非线性参数 ； 统计平均值 ； 合理性分析
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土动力学与岩土地震工程
土动力学与岩土地震工程刘汉龙（河海大学岩土工程研究所，南京２１００９８）摘要综述了目前国内外土动力学与岩土地震工程方面的研究进展，包括土体动力特性与本构关系、土体抗震反应分析、土体动力测试、土体液化、土体地震永久变形以及专题土动力学研究等内容．对各种方法的优缺点进行了比较和评述。
最后阐述了今后有待进一步研究的方向。
关键词土动力学；岩土地震工程；动本构关系；戋乏匕；永久变形；抗震分析；动力测试１前言１９６１年我国岩土学科创始人黄文熙先生率先发表有关饱和砂土地基及土坡液化稳定分析成果…，标志着土动力学这门学科在我国的兴起。
土动力学是研究地震、波浪及机器基础振动等各种动荷载作用下土体的动变形、动强度和稳定性的一门学科。
岩土地震工程则是由土动力学、地震工程学、结构动力学等学科交叉综合形成的新学科。
１９６４年日本新泻地震、１９７１年美国圣费尔南多地震和１９７６年我国唐山地震等许多实践课题促进了这门学科的发展，１９９５年日本神户大地震等使土动力学的研究达到了一个新的高潮。
近年来，在世界范围内相继发生了许多强烈地震．如２００２年３月台湾７．１级地震、２００３年２月新疆伽师６．８级大地震、２００３年５月土耳其发生的６．４级大地震等给人民生命和物质财产造成极大损失，抗震减灾已成为全世界的共同关心的问题。
国际土动力学与岩土地震工程界目前正在开展一项重要工作，即由国际标准化组织（ＩＳＯ）发起编写的国际岩土工程抗震标准（ＳｅｉｓｍｉｃＡｃｔｉｏｎｓｏｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＷｏｒｋｓ），代码为１Ｓ０２３４６９，并于２００２年９月在英国召开了第一次专家组会议。
来自美国、日本、英国、中国等１１个国家的１４名专家出席了会议。
２００２年１２月、２００３年６月分别在比利时和意大利召开了研讨会议，目前该标准的修订稿已经完成，并送国际标准化组织总部审批，这将成为岩土工程抗震设计的一个重要指南。
本次会议收入本专题的论文共３０篇，内容涉及到土体动力特性、动力分析、振动液化、动力基础和地震波理论等，基本上反映了当前我国土动力学与岩土地震工程研究的现状和特点。
基于COMSOL的非饱和土中单桩垂直动力特性研究
基于COMSOL的非饱和土中单桩垂直动力特性研究目录一、内容概述 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状及发展趋势 (4)3. 研究目的和内容 (6)二、理论基础与文献综述 (7)1. 桩土相互作用理论 (8)2. 非饱和土力学特性 (9)3. COMSOL多物理场仿真软件介绍 (10)4. 相关文献综述及研究现状 (10)三、模型建立与问题定义 (11)1. 研究对象的确定及几何建模 (13)2. 材料参数与初始条件设定 (13)3. 动力学方程的建立及求解方法 (14)四、非饱和土中单桩垂直动力特性分析 (15)1. 单桩在垂直荷载下的静力特性分析 (17)2. 单桩在动力荷载下的响应分析 (17)3. 非饱和土对单桩动力特性的影响研究 (19)五、基于COMSOL的数值模拟与分析 (19)1. 数值计算模型的建立及验证 (20)2. 模拟计算过程及结果分析 (22)3. 模拟结果讨论与影响因素研究 (23)六、实验设计与实施 (25)1. 实验目的和实验方案的设计 (26)2. 实验设备与实验过程介绍 (27)3. 实验结果分析与讨论 (28)七、结论与展望 (29)1. 研究成果总结 (30)2. 对未来研究的展望与建议 (31)一、内容概述本文将介绍研究的背景与意义，阐述非饱和土中单桩垂直动力特性的重要性，以及其在工程实践中的应用价值。
随着土木工程建设规模的扩大和复杂性的增加，桩基作为重要的基础结构之一，其动力学特性分析成为了研究的热点和难点。
特别是在非饱和土条件下，单桩的动力特性更加复杂，对其进行深入研究有助于为工程实践提供理论支撑和指导。
本文将概述研究问题的现状，包括当前非饱和土中单桩垂直动力特性的研究现状、存在的问题以及研究的必要性。
尽管有关饱和土中单桩的动力特性研究已经取得了一定的成果，但对于非饱和土条件的研究仍然相对缺乏。
本文旨在填补这一研究空白，为非饱和土中单桩的动力特性分析提供新的思路和方法。
土动力学——精选推荐
⼟动⼒学1. 饱和砂⼟的动⼒特性研究综述各国学者从不同的⽅向对⼟动⼒学进⾏了深⼊研究。
这些研究的主要内容包括：⼟的动⼒特性和本构关系，地震液化势与地⾯破坏，动⼟压⼒和挡⼟结构的抗震设计，⼟⼀结构动⼒相互作⽤，⼟坡和⼟坝的抗震稳定性，周期或瞬态荷载作⽤下的变形和强度问题等⽅⾯。
其中，⼟的动⼒变形和强度特性及本构关系模型是⼟动⼒学研究的基本问题。
饱和砂⼟在动载(如地震荷载、爆炸荷载、振动荷载等)作⽤下液化问题是防灾减灾领域中重要的研究内容。
建⽴系统研究饱和砂⼟在爆炸、地震和振动荷载下的动⼒特性及变形预测，⽆论是防御和减轻爆炸、天然地震及有源振动所产⽣的灾害，还是解决⽣产设计所⾯临的实际问题及⼟动⼒学的发展均是具有重要理论和实际意义的问题。
饱和沙⼟的动⼒本构模型它们⼤致可以分为两⼤类，即基于粘弹性理论的模型和基于弹塑性理论的模型。
和砂⼟的动强度和砂⼟的液化特性2.第11届国际⼟动⼒学和地震⼯程会议及第13届世界地震⼯程会议砂⼟液化研究综述孙锐袁晓铭液化特性液化判别液化⼤变形3. ⼟-结构动⼒相互作⽤研究综述前⾔地震时⼟体与结构的相互作⽤是⼀个普遍存在的问题。
⼟-结构物的动⼒相互作⽤问题，是⼀个涉及到⼟动⼒学、结构动⼒学、⾮线性振动理论、地震⼯程学、岩⼟及结构抗震⼯程学、计算⼒学及计算机技术等众多学科的交叉性研究课题，也是⼀个涉及到⾮线性、⼤变形、接触⾯、局部不连续等当代⼒学领域众多理论与技术热点的前沿性研究课题。
随着科学计算技术的迅猛发展和实验⼿段的不断改进，重⼤和复杂体系⼯程的不断建造，促进了⼟与结构动⼒相互作⽤的深⼊研究，⼏⼗年来⼀直引起国内外的⼴泛重视和研究。
1964 年⽇本新泻地震、1976年我国唐⼭地震、1985年墨西哥地震和等许多实践课题促进了这门学科的迅速发展，1995年⽇本神户⼤地震、1999年⼟⽿其地震和中国台湾地震［1］等使⼟动⼒学和⼟与结构动⼒相互作⽤的研究达到了⼀个新的⾼潮，取得了丰硕的成果。
基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究
基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究李雨润;史精;梁艳;张浩亮【摘要】桩土动力p -y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用. 通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型. 分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析. 结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大. 自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求.%The p-y curve method of pile-soil dynamic interaction is widely used in geotechnical engineering. A simplified a-nalysis model of soil-single pile-cap interaction is set up by using p-y element through the embedded Pysimple1 material model of the Opensees software. The dynamic response characteristics of pile and pile cap in p-y element of sandy soil and clay soil were researched and the dynamic response of pile body and pile cap under different length of free field were analyzed. The re-sults show that the peak acceleration of pile cap in the p-y element of sand soil is larger than that of the clay element, while the peak displacement is less than the clay element. The pile shearing force, bending moment and acceleration in the p-y element of sand soil are stronger than those of the clay element. The shorter the free field length is, the greater the displacement and ac-celeration of pile caps are. The requirement of calculation accuracy would be satisfied when the free field length reaches 300 m.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2015(046)023【总页数】5页(P82-86)【关键词】Opensees软件;桩-土动力相互作用;简化计算方法;p-y单元;自由场【作者】李雨润;史精;梁艳;张浩亮【作者单位】河北工业大学土木工程学院,天津300401;河北省土木工程技术研究中心,天津300401;河北工业大学土木工程学院,天津300401;河北工业大学城市学院土木工程系,天津300130;铁道第三勘察设计院集团有限公司城交分院,天津300251【正文语种】中文【中图分类】P642目前，国内外在研究桩土动力相互作用问题时主要有原位试验、数值模拟与室内试验3种方法。
硬化土模型在OpenSees中的实现与应用
硬化土模型在OpenSees中的实现与应用硬化土模型在OpenSees中的实现与应用一、引言OpenSees是一个强大的开源结构地震分析软件，广泛应用于工程结构的性能评估、地震响应分析、结构优化等领域。
在地震工程中，土体的动力性质是非常重要的研究内容之一。
硬化土模型作为一种能够模拟土体非线性强度和应力-应变行为的数值模型，对于地震工程中土体的动力响应分析具有很大的潜力。
本文将介绍硬化土模型在OpenSees中的实现与应用。
二、硬化土模型的基本原理硬化土模型是由土体强度参数、本构方程和损伤准则等三个部分组成的。
首先，根据试验数据或经验公式确定土体的强度参数，如剪切强度、抗压强度、抗拉强度等。
然后，根据土体的应力-应变关系建立相应的本构方程，常用的本构方程有Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等。
最后，确定土体的损伤准则，用于描述土体在应力作用下发生塑性变形和破坏的过程。
常用的损伤准则有本构相关损伤准则、基于孔隙压力的损伤准则等。
三、硬化土模型在OpenSees中的实现1. 安装与导入使用硬化土模型之前，首先要将OpenSees软件成功安装在计算机上，并导入相关库文件。
2. 定义材料特性使用OpenSees提供的命令，可以定义土体的强度参数和本构参数等。
例如，使用‘uniaxialMaterial Hysteretic’命令可以定义土体的应力-应变关系。
根据选用的本构方程，可以选择Mohr-Coulomb、Drucker-Prager等模型。
3. 定义单元属性将定义好的材料特性应用到相应的单元上，以确保土体在地震加载下能够正确响应。
使用OpenSees提供的命令，可以定义单元的类型、材料编号和相关属性。
4. 定义地震加载使用OpenSees提供的地震加载函数，可以定义地震动的特性，如震级、震中距和地震波时程等。
5. 进行地震响应分析定义完材料特性、单元属性和地震加载后，即可进行地震响应分析。
岩土工程实验室调研
国内岩土工程实验室调研（一）国家级重点实验室（1）岩土力学与工程国家重点实验室（中科院武汉岩土所）概况实验室依托于中国科学院武汉岩土力学研究所，以中国科学院岩土力学重点实验室为基础，吸纳湖北省环境岩土工程重点实验室的骨干力量而组建，2007年1月获得国家科技部的立项批准，2007年10月国家科技部批准实验室的建设计划。
葛修润院士任实验室学术委员会名誉主任，谢和平院士任实验室学术委员会主任，冯夏庭研究员任实验室主任。
研究内容实验室定位于岩土力学与工程的应用基础研究。
主要研究内容针对国家重大基础工程建设、资源开采和石油、天然气、核废物地下储存(处置)以及CO2地中隔离的战略需求和岩土力学与工程学科前沿，围绕“重大岩土工程基础设施建设与环境协调”以及“能源及废弃物地下储存与环境安全”两大重大战略性研题和“复杂环境下岩土介质力学性状及其在工程作用下的演化机制”长期科学计划，开展岩土体力学特性及岩土工程的安全预测与调控方法和技术研究，揭示多场、多相及复杂环境条件下岩土体的力学特性的演变特征，解决国家重大基础工程建设、资源开采以及石油、天然气、核废物地下储存及CO2地中隔离中的安全、经济和环境协调问题。
组织框架实验室以中国科学院岩土力学重点实验室为基础，结合本所有关研究力量，并吸收国内外优秀人才，实行全面的优化组合和学科交叉。
大型试验设备数字式全景钻孔摄像系统大型现场室内两用直剪仪钻孔测斜仪专业型高速地质透视仪RPT3真三轴岩石渗流仪RT3岩石高压真三轴压缩仪GPS边坡（滑坡）变形监测系统DISP声发射测试系统RMT150C岩石力学试验系统应力－水流－化学耦合过程中岩石全破裂过程的细观力学试验装置煤岩吸附－渗透－力学耦合特性测定仪RDT－10000型岩石高压动三轴实验系统钻孔弹模实验系统双联动软岩渗流-应力耦合三轴流变仪爆破振动监测系统大型岩土工程模型试验机动三轴试验系统岩石高温高压蠕变仪CFM常流速试验系统三轴剪力仪资质与认证铁路工程基桩检测单位资质证建设工程质量检测机构资质证测绘资格证书工程勘察甲级地质灾害治理工程设计甲级地质灾害治理工程勘查甲级计量认证合格证书ISO 9001质量管理体系认证证书（2）中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室（徐州）概况深部岩土力学与地下工程实验室依托中国矿业大学岩土工程、工程力学国家重点学科，防灾减灾工程及防护工程、地球探测与信息技术等省部级重点学科建设。
土力学实验室开放模式的探索
土力学实验室开放模式的探索[摘要]结合土木工程专业实践性强的学科特点，探索创建有效的实验室开放培养模式,多层次、多模块、多渠道地实行实验室开放，利用实验室开放基地为学生搭建工程设计、科研等各类平台，全方位培养学生工程实践能力和开拓创新能力，让学生提前接触实际工程和科研，为就业及进一步深造做准备。
实践证明，实验室开放不仅提高了学生的实践创新能力、强化了专业知识，为实现复合型人才的培养目标做了实质工作，同时大大提高了实验仪器设备的使用效率和效益。
土木工程专业是具有实践性强、工程应用背景浓厚的一门学科，学生除应掌握扎实的理论基础和专业知识外，还需要培养动手能力、团队合作精神、工程实践能力和科研创新能力等。
实验室是高校培养学生实践创新能力的重要基地，但往往由于实验项目单一、学生动手机会少、实验时间短，难引起学生兴趣，更谈不上实践创新能力的培养了。
为提高学生实践能力，同时提高学生利用实验室仪器设备的效益和效率，施行实验室开放是实验室教学改革的一大措施，以下是本文的几点探索：一、实验室开放模式的探讨为鼓励和引导大多数学生有兴趣参加实验室开放项目，实验室开放项目设置应考虑学生能力的差别、兴趣爱好的差别、低年级和高年级的差别等多方面的因素，同时充分考虑土木专业实践性强、工程背景浓厚的学科特点，实验室开放模式采用多层次、多模块和多渠道的培养模式。
1.多层次发展一般学生和优秀学生能力的差别分别设置基础型和综合提高型开放项目。
基础型是针对能力一般的学生，在实验教学环节中由于各方面原因没法参与实验或者实验能力锻炼还不够,那么利用课余时间，在开放实验室这个平台上重新参加项目、参加锻炼从而达到掌握实验技能的目的。
而综合提高型是针对优秀学生在完成课堂实验教学内容的基础上，通过设计型、综合型、研究型等课题，结合课程设计、毕业设计及科研项目等课题参加开放项目，从而培养学生的主动探索、独立思考、开拓创新等能力，进一步挖掘提高学生素质和实践创新能力。
地震动反应谱影响因素研究的若干进展
地震动反应谱影响因素研究的若干进展兰景岩1 薄景山2 吕悦军1 齐文浩3(1 中国地震局地壳应力研究所 北京 100085;2 防灾科技学院 河北 三河市 065201;3 中国地震局工程力学研究所 黑龙江 哈尔滨 150080)摘要 回顾和总结了地震动反应谱影响因素的研究历史,特别是对场地条件中土层结构、土动力学参数等影响因素进行了总结与归纳,并指出场地条件中土力学、动力学参数严重影响着土层动力反应分析结果。
在对相关研究进展评述的同时,拟对今后需开展的研究工作进行了展望。
一、引 言反应谱作为当前抗震设防提供的依据之一,为建设工程提供可靠合理的抗震设计参数。
目前,用反应谱进行抗震设计是国际较为通用的方法,许多国家的抗震设计也都是以反应谱为主要依据的。
地震动反应谱可分为加速度谱、速度谱和位移谱,它体现了地震动的特征,并与地震动震源特性、地震波从震源传播至场地的传播途径、传播介质的特性和局部场地条件有关。
如何考虑这些因素对反应谱的影响,更好地进行抗震设防,国内外许多学者进行了专门的研究。
二、地震动反应谱影响因素研究多次震害调查和理论分析结果均表明[1~5],影响地面运动参数和反应谱的主要因素包括震源特性、地震波的传播途径和场地条件等,但通常只考虑震级、震中距和场地条件的影响。
其中以场地条件最受研究学者所重视。
工程地震的理论和实践表明,场地是影响震害的重要因素之一。
场地土对地震波的放大作用是国内外地震工程界公认的事实。
从目前的研究表明,场地对地震动反应谱的影响因素主要集中在以下几个方面:土层结构、覆盖层厚度、局部地质地形、土的动力学参数。
其中土层结构和土的动力学参数作为场地力学和动力学模型的重要组成部分,对地震动反应谱有着十分显著的影响,为此,许多学者在这一领域开展了一系列卓有成效的研究。
1 土层结构众所周知,软弱覆盖层对地震动有明显的放大作用,国内外许多地震学家和工程地震学家就墨西哥地震(1985年9日19日,M S 8 1)、日本阪神地震(1995年1月17日,M S 7 4)的地震灾害进行了研究,发现地表软土覆盖层对地震动有明显放大作用[6,7];谢君斐、石兆吉[8](1981)对1976年唐山大地震时天津市两个区的震害差异进行了分析比较研究,也得出类似的结论,认为土层结构对地表地震动的影响是十分明显的,软弱场地272006年 地壳构造与地壳应力文集(19)28地壳构造与地壳应力文集(19)的震害尤为突出。
土力学的国内外发展现状及未来趋势分析
土力学的国内外发展现状及未来趋势分析土力学是土木工程中的一个重要学科，研究土体的力学性质和行为规律，以指导工程设计和施工。
本文将对土力学的国内外发展现状及未来趋势进行分析。
首先，从国内角度来看，中国土力学研究起步较晚，但近年来发展迅速。
20世纪80年代以来，随着国家对基础设施建设的大力推动，土力学在国内得到了广泛应用。
在国内的研究中，重点关注的是土体的力学性质、岩土工程的变形与破坏机制、地基处理技术等领域。
中国土力学研究的突破包括开展大型试验研究、建立了较为完善的理论体系、提出了适用于岩土工程的应变软化模型等。
在国外方面，欧美地区是土力学研究的主要发源地之一。
在欧洲，法国的土力学研究具有举足轻重的地位，法国土力学派的代表人物包括Terzaghi、Coop等。
他们提出了许多经典的土力学理论，如有效应力原理、塑性流动理论等，为国际土力学研究做出了巨大贡献。
在美洲地区，美国是土力学研究的重要中心，美国土力学学会是全球最大的土力学学术机构之一。
美国的土力学研究主要关注于土壤力学、岩石力学、地基处理技术等方面，在地震工程方面也有一定的研究积累。
未来，土力学的发展趋势将主要体现在以下几个方面。
首先，随着工程越来越复杂化，土力学研究将更加注重实用性和工程应用。
即使是传统土力学理论，也将推动其应用于实际工程中，并且需要与现代建模和计算方法结合，以解决实际问题。
其次，随着地球环境的变化和工程用地的不断扩张，土力学将更多地关注岩土界面行为、边坡稳定性、地基处理技术等方面，为工程设计和施工提供更加可靠的依据。
其三，土力学在环境工程和能源工程中的应用将逐渐增多，例如在地下储气库、地热能开发等方面的应用。
其中，土体的渗透特性、变形特性等将成为关键问题。
最后，土力学与其他学科的交叉将更加密切，例如与计算力学、岩土动力学、岩土化学等学科的合作研究。
这有助于拓宽土力学的研究领域，提高其理论水平和实用价值。
总之，土力学作为土木工程的重要学科，在国内外的发展也取得了长足进步。
岩土中的土体力学参数测定与应用技术研究
岩土中的土体力学参数测定与应用技术研究岩土工程是土壤和岩石力学研究的一个重要分支，它以研究土体力学性质为基础，旨在为土体工程设计和施工提供科学的依据。
土体力学参数的准确测定与应用技术是岩土工程研究的关键，本文将从测定土体力学参数的方法和常用技术、土体力学参数的应用以及需要解决的问题等方面进行探讨。
一、土体力学参数的测定方法和常用技术（1）主动性测定方法：主动性测定方法主要是指通过施加一定的荷载、应变或位移等，测定土体的力学性质。
常见的主动性测定方法有三轴试验、直剪试验、压缩试验等。
三轴试验是一种常用的测定土体力学参数的方法，通过施加垂直荷载和水平应变，来测定土体的剪切强度和弹性模量等参数。
直剪试验是测定土体剪切强度参数的一种有效方法，通过在试样中施加平行受力来测定土体的抗剪强度。
压缩试验是测定土体压缩性质的一种方法，通过施加垂直荷载来测定土体的压缩强度和压缩模量。
（2）无损测定方法：无损测定方法主要是通过对土体的波速、密度、电阻率等进行测定，来获得土体力学性质的间接参数。
常见的无损测定方法有声描线法、电阻率法、地震勘探等。
声描线法是一种利用声波在土体中传播的特性来测定土体物理性质的方法。
电阻率法是一种利用电流在土体中传播的特性来测定土体电阻率的方法。
地震勘探是一种利用地震波在土体中传播的特性来测定土体地震物理性质的方法。
二、土体力学参数的应用土体力学参数是岩土工程设计和施工的基础，它的准确测定和合理应用对于保证工程的安全和稳定性至关重要。
（1）在土体工程设计中的应用：土体力学参数在土体工程设计中的应用主要包括基础承载力计算、基坑支护设计、边坡稳定性分析等。
通过准确测定土体的强度参数和变形参数，可以计算基础的承载力，从而保证工程的安全和稳定性。
在基坑支护设计中，使用土体力学参数可以确定合适的支护结构和施工方法，防止土体失稳和坍塌。
在边坡稳定性分析中，土体力学参数的准确测定可以帮助工程师判断边坡的稳定性，指导防护措施的采取。
渤海海域典型场地土的动剪切模量比和阻尼比的统计值
渤海海域典型场地土的动剪切模量比和阻尼比的统计值作者：兰景岩刘化涤吕悦军谢卓娟来源：《地震研究》2012年第02期摘要：收集渤海海域内近40个海洋平台的钻孔资料，结合室内振动三轴试验，归纳整理出372组渤海原状土样动力学测试的原始数据，利用数理统计方法给出渤海海域内不同类型土体、不同埋深的动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化的平均曲线及统计值。
研究结果可作为土动力学研究的补充，同时有利于加深对不同土质动力学性能的认识，为渤海海域内其它海洋建设工程的地震安全性评价工作提供借鉴和参考。
关键词：海域土；动剪切模量比；阻尼比；渤海海域中图分类号：文献标识码：A文章编号：1000-0666（2012）02-0260-080引言场地条件是影响震害的重要因素，其中土动力学参数对地震波的放大作用也是地震工程界公认的影响震害的要素之一（袁一凡，1992；薄景山等，2003；贺秋梅等，2006）。
动剪切模量比（G/Gmax-γ）和阻尼比（λ-γ）作为土动力学特征重要的参数，是工程地震研究中不可缺少的重要内容。
就同一种土介质而言，因试验条件、试验方法的不同，以及土体埋深和土颗粒性能、含水量、坚硬密实程度等自身因素的差异，其动力特性的测试结果存在着较大的不确定性和离散性。
为此，国内外许多学者对土动力学参数的室内测试工作以及它的不确定性对震害的影响等做了较深入的研究，并得到了非常有价值的结论（刘红帅等，2005；兰景岩，薄景山，2008）。
土动力学参数对工程抗震有重要的影响，在实际工作中动剪切模量比和阻尼比往往通过实测方法来获取，但考虑到经济成本以及理论研究的特殊性，也可以参考一些基于试验数据得到的经验值和推荐值。
国外以Seed和Idriss（1969）计算出的砂土和粘性土的动剪切模量比和阻尼比曲线最具代表性，其理论计算结果与实际得到的地表加速度记录和震害情况吻合良好，在国外得到了广泛应用。
国内石兆吉（1989）首次计算出全国范围内常规土类的动剪切模量比和阻尼比的建议值，之后中国地震局于1994年颁布的《工程场地地震安全性评价工作规范》（DB001-94）将该建议值纳入其中，使其成为规范值。
东营新北油田海底土类动力特性的试验研究
数 据 ， 文依托 新 北 油 田海 上平 台工 程 地 震 安 全 本 性 评 价项 目 ， 该 区域 钻 孔 土样 进行 了动 三 轴 试 对
杨传 成 一， 蔡文 霞 ，蔡连友 ， 王津 津
（ ． 东 省地 震 局 ，山 东 济 南 ２ ０ １ ； ． 东省 地 震 工 程 研 究 院 ，山 东 济 南 ２ ０ ２ ； １山 ５０ ４ ２ 山 ５ ０ １
３ 地 震 动 力 学 国 家重 点 实验 室 ，北 京 ．
１０ ２ ） ００ ９
１ 试 验 土 样 、 器 及 方 法 仪
试 验土 样取 自东 营新 北 油 田海 上 平 台项 目 ９
报 道 ， 别获 得 不 同 区 域 土类 动 剪切 模 量 和 阻尼 分 比随剪应 变 变化 的拟 合 曲线 和推 荐值 。本 文 利用 北 京 市新 技术 研究 所 生 产 的 Ｄ Ｓ一７ Ｄ ０动 三 轴 试
摘 要 ： 的 动 剪 切 模 量 、 土 阻尼 比是 土 动 力 特 性 的 主 要 指 标 ， 研 究 重 大 工 程 场 地 设 计 地 震 动 参 数 的 基 础 性 是 资 料 。 本 文 结 合 东 营 新北 油 田 项 目工 程 场 地 地 震 安全 性 评 价 工 作 ， 用 北 京 市 新 技 术 研 究所 生产 的 Ｄ Ｓ一 ０ 采 Ｄ ７ 动 三 轴 试 验 系 统 ， 新 北 油 田工 程 场 地 的 淤 泥 质 粘 性 土 、 质 粘 土 、 土 和 粉 砂 进 行 了动 剪 切 模 量 和 阻尼 比 对 粉 粉 的试 验 研 究 。 同 时将 实 验 结 果 与 国 内其 他 研 究成 果 进 行 了对 比 。本 项 工 作 积 累 的有 关 基 础 资料 和 工 作 方 法 可 为该 工 程 附 近 有 关 海 洋 建 设 工 程 的 地 震 安 全 性 评 价 工作 提 供 借 鉴 和 参 考 。
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。
模拟地震实验中的土壤动力响应分析
模拟地震实验中的土壤动力响应分析随着地震频繁发生，土基建筑物的稳定性成为了一个备受重视的问题。
为了深入了解和分析土壤在地震中的应变响应规律，模拟地震实验被广泛应用。
本文将详细介绍模拟地震实验中的土壤动力响应分析，包括实验方法、数据处理及结果分析等。
一、实验方法1、实验材料实验所需的土样勘探、挖掘、清理所用的工具设备；直径为50mm的固定道路标志杆、钢管或类似的尺寸较小的圆形柱体(下称标志杆)，它可以将力作用在施工点周围的土壤内；有刻度、有弹性的扁平螺旋钉或类似工具(称为螺旋采样钻头)；粗细相似、长度1.5米至2米的长木棒或钻杆(称为推棒)；线控电机等。
2、实验设计根据实际建筑工程，如建筑物内所使用的各种材料也都是模拟地震实验时所采用的各种材料，以此来模拟建筑物的性能。
实验要求在合理的规模下，评价该建筑物在地震中的稳定性和影响动态效应等必备性特性。
3、实验过程首先，选择波形控制器，设定频率和振幅。
然后固定标志杆于要测定的实验地点。
将钻头推入土壤中，用推棒推入所需深度。
使用电机以恒定的速度操纵线控钻头向下，以每秒钟100mm-200mm的速度工作，然后记录下压力信号。
4、数据处理在实验过程中测量土壤中的电压变化，并确定在不同深度下的振动传播速度，最终得出土壤的动力响应特性二、实验结果通过模拟地震实验，我们得出了以下土壤动力响应分析结果：1、建筑模型分析通过模拟实验，我们可以得出特定建筑模型的稳定性和相应的动力效应等必备性特性。
2、材料性能分析模拟实验中，所使用的材料组成选自实际建筑材料。
我们可以对特定材料的耐震性进行分析，并选择适合该项目的最佳材料。
3、土壤动力学分析模拟地震实验中的最重要的结论，是根据所选择的土壤的动态特性来确定最小稳定深度，从而最大容许振动速度。
三、总结与展望模拟地震实验中的土壤动力响应分析方法适用于评估建筑物在地震中的稳定性和动态效应等必备性特性，以及对建筑材料和土壤动力特性进行深入的分析。
地震工程
地震工程一、题目总结、二、抗震设防目标及基本概念1、基本概念①抗震设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
一般情况，取50年内超越概率10%的地震烈度(基本烈度)。
抗震设防烈度时一个地区设防的依据，不能随意提高或降低。
(抗震设防烈度与基本烈度不能完全等同)②抗震设防分类：建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。
甲类、乙类、丙类、丁类分别对应为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类的简称。
③抗震设防标准：衡量抗震设防要求的尺度，由抗震设防烈度或设计地震动参数及建筑抗震设防类别确定。
抗震设防标准，是一种衡量对建筑抗震能力要求高低的综合尺度，既取决于建筑地点预期地震影响强弱的不同，又取决于建筑抗震设防分类的不同；规范规定的设防标准是最低的要求，具体工程的设防标准可按业主要求提高(但不得降低)。
④设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10%的地震加速度的设计取值。
⑤设计特征周期：抗震设计用的地震影响系数曲线中，反应地震震级、震中距和场地类别等因素的下降段起始点对应的周期值。
⑥设计地震分组：根据震源机制、震级、震中距对地震进行分组，规范将设计地震分为三组。
⑦地震作用：抗震设计时，结构所承受的“地震力”实际上时由于地震地面运动引起的动态作用，包括地震加速度、速度和动作位移的作用，属间接作用，不可称为“荷载”，应称“地震作用”。
⑧地震反应谱理论：建立于强震观测基础上，通过将多个实测的地面震动波分别代入单自由度动力反应方程，计算出各自最大弹性地震反应(加速度、速度、位移)，从而得出结构最大地震反应与该结构自振周期的关系曲线。
由反应谱可计算出最大地震作用，然后按静力分析法计算地震反应。
⑨地震动参数区划：以地震动参数(地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期)为指标，将国土划分为不同抗震设防要求的区域。
根据《中国地震动参数区划图》关于地震基本烈度向地震动参数过度的说明，往后拟直接采用地震动参数(地震动峰值加速度和地震动反应谱特征周期)代替地震基本烈度。
MSC.Patran、MSC.Nastran、MSC.Dytran软件应用于桥梁动力响应的实时模拟
-0.3
-150
-0.5
时间(ms)
图3-7
（2）各参数与土体刚度系数的关系 动刚度系数定义：
图三
K d1
=
Pmax Sp
式中 Pmax--应力峰值 Sp—应力峰值时刻对应的位移
通过对硬件参数间的不同组合，提交计算分析，动刚度系数与各参数间的关系见表一。
表一
参
数 承载板 直 径D
动荷载峰值Pmax
影响 程度
1995.11
[9] Users Manual MSC.DYTRAN Version 4.7 ,MSC SOFTWARE Corporation,1999,9 [10] MSC/DYTRAN Example Problem Manual Version 3.0 ,The MacNeal-Schwendler
图四图五Βιβλιοθήκη 根据数据文件可以算出每组组合参数下对土体的影响深度。
4 仪器参数选择原则 • 仪器总体要求便携，这就要求锤和荷载板重量不能太大。 • 为了能真实反映土的性质，荷载冲击土体的展宽时间应尽可能地长些，以适应土的低频响
应特性，这就要求弹簧的刚度系数不能过大。 • 仪器作用土体的影响深度应与K30对土体影响深度相当，以便落锤测试的动刚度kd值与K30值
600
Kd = 0.5682K30 + 99.554 500 相关系数 R = 0.9147
400
300
200
100
0 0 100 200 300 400 500 600
K30(MPa/m)
图六
图七
通过现场测试，其展宽时间（Tz）、最大应力Pmax与计算中的基本吻合。图六、图七为
现场测试Kd与基床系数K30之间的关系，试验表明两者之间具有良好的线性相关性。
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土动力学实验室简介
土动力学实验室拥有国际上最先进的进口电液伺服控制双向动三轴仪（STX-200）和共振柱测试仪（TSH-100）等设备，可以完成砂土、粉土、软粘土的动力特性(动强度、动模量、动阻尼、液化等)的测试，地震荷载、交通循环荷载或波浪循环荷载作用下软弱土的软化特性及变形特性测试等实验项目。
本实验室为面向土建类本科生的实验教学基地，承担了我校土木工程、地质工程、勘查技术与工程、工程管理等专业课程的实验教学任务。
内容涵盖土力学、岩土工程勘察、工程地震学、工程动力地质学、振动与波动基础等课程的相关实验教学。
同时，还承担了地震工程、地质灾害等学科硕士研究生的实验教学和科研任务。
STX-200电液伺服控制双向动三轴测试系统
一、特点
电液伺服控制双向动三轴测试系统可以进行传统的三轴试验，即等应变速率轴向压缩试验，也可以进行高级试验，例如应力或应变路径，双向动三轴试验。
该系统是多用途的，可以进行动态测试如液化强度，回弹模量和动强度等。
二、规格
◆最大轴向加载力：±50KN
◆最大位移：100mm
◆标准围压和反压：1000kPa
◆轴向动态加载频率：5Hz
◆试样直径：38mm，70mm，100mm
图1 STX-200电液伺服控制双向动三轴测试系统
三、动三轴试验原理
动三轴试验是从静三轴试验发展而来的，它利用与静三轴试验相似的轴向应力条件，通过对试样施加模拟的动主应力，同时测得试样在承受施加的动荷载作用下所表现的动态反应。
这种反应是多方面的，最基本和最主要的是动应力(或动主应力比)与相应的动应变的关系(σd~εd或σ1/σ3~εd)，动应力与相应的孔隙压力的变化关系(σd~μd)。
根据这几方面的指标相对关系，可以推求出岩土的各项动弹性参数及粘弹性参数，以及试样在模拟某种实际振动的动应力作用下表现的性状，例如饱和砂土的振动液化等。
动三轴试验主要将一定密度和含水率的试样在固结稳定后在不排水条件下作振动试验。
设定某一等幅动应力作用于试样进行持续振动，直到试样的应变值或孔压值达到预定的破坏标准，试验终止。
记录试验中的动应力、动应变和孔压值随振动周次的变化过程线。
采用多个试样得到动应力和破坏周数的关系曲线，即动强度曲线。
在地震荷载作用下，进行地面动力反应分析时，需要确定小应变下的剪切模量和阻尼比；在大应变时需确定土的动强度。
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。
测定动模量和阻尼比的方法：作用于试样的轴向动应力从小幅值开始逐级增大作振动试验，当应变波形明显不对称或孔压明显增大时，试验终止。
记录试验过程中每级荷载的动应力和动应变曲线，或直接记录应力-应变滞回圈曲线，用以确定各动应变时的动模量和阻尼比。
动三轴试验便于施加各种应力以适应工程实际，对各类土制样方便，可精确控制应力和应变，测定孔压变化，试验设备和操作方法；但是三轴仪加荷条件与现场地震应力条件差别很大，施加轴向循环荷载时难以保证压半周时轴向为大主应力方向，拉半周时轴向为小主应力方向，每一加荷周期主应力方向转动90度。
三、试验操作步骤
1、试样制备及安装
2、试样饱和
3、三向加压固结
4、施加轴向动力荷载
5、数据记录及处理
6、试验结果分析
7、试验报告整理
四、试验结果
试验破坏标准判断主要有液化标准有u d=σ3；应变标准有εf=5%。
这里应变只要是试样达真正破坏时相应的应变以及就工程对象所能允许经受的破坏应变。
根据动三轴试验结果分析，我们可以得到动强度比与等效破坏振次的关系；地震总应力抗剪强度包络线的绘制；动孔隙水压力比与等效振次的关系；轴向应变与等效振次的关系；应力和永久应变关系。
图2 典型的液化和强度试验曲线
图3 典型的液化和强度试验曲线
图4 典型试样滞回圈形态
图5 试验后已经破坏的试样
TSH-100共振柱测试系统
一、特点
可以对土体实心和空心试样进行模量/阻尼共振柱试验；浮动式激振和测量系统可以进行大角度扭转或轴向振动试验；可获得粘性土和非粘性土剪切模量和阻尼比
二、规格
◆浮动式激振频率范围：0到250Hz
◆峰值扭矩：2.33N-m；连续扭矩：0.78N-m
◆最大剪切行程：±25°
◆剪切应变范围：10-6——10-2
◆光纤应变传感器双输出范围：±0.1mm及±5mm
◆响应频率:15kHz
◆标准围压和反压：1000kPa
◆试样直径：35mm，50mm，70mm；试件长度为其直径的2.0—2.5倍
图6 TSH-100共振柱测试系统
三、实验原理
共振柱仪的基本原理是将一定湿度、密度和应力条件下的圆柱或圆筒形土样作为一端固定一端自由的杆件体系考虑，以不同频率的激振力顺次使土样扭转向振动或纵向振动，改变振动频率使其产生共振，测定其共振频率，以确定弹性波在土样中传播的速度，再切断动力，测记出振动衰减曲线。
根据这个共振频率和土样的几何尺寸，计算土样动模量G d或E d，根据衰减曲线计算阻尼比D。
共振柱法是一种无损试验技术，不破坏土的结构，能十分精确地测定土的动力特性，其所测应变量可低至10-6，最大应变量可达10-2，同时，它的优越性还表现在试验的可逆性和重复性上，从而可以求得十分稳定可靠的结果。
四、实验步骤
1、试样制备及安装
2、三向加压固结
4、激振
（1）试样在较低的应变值下激振，测定其模量值和阻尼比
（2）逐渐增大激振力（增大应变）8~10次，重复测定模量和阻尼比
（3）增加固结压力至下一级，重复上述步骤（1）和（2）
（4）到达最后一级固结应力（σ0max），试样在低应变下激振，测定其模量值和阻尼比阻尼比
5、数据记录及处理
6、试验结果分析
7、试验报告整理
五、实验结果
给一个试样分别加上不同的初始静扭力就可用计算出相应的剪切模量和剪应变，用这些数据可绘成下图所示的剪切模量和剪切应变关系曲线供设计和研究使用。
图7 典型试样的动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化曲线
图8 典型试样的动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化曲线。