土动力学-土的动力指标及其测定--110页
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土动力学5--土的动力指标及其测定-121页
采用等效荷载的方式，等效荷载的数值大小和分布形 式要根据相应的等效条件换算
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
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
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。
岩土工程专业土动力学课件（非常完整）
岩土工程专业土动力学课件（非常完整）第一章绪论土动力学是研究各种动荷载作用下土的变形、强度特性及土体稳定性的一门学科。
一、动荷载的类型及特点有两类常见的动荷载：冲击荷载与振动荷载。
1.冲击荷载。
爆破、爆炸以及各种冲击引起的荷载，这类荷载对土体的作用主要体现在荷载的速率效应对土体强度与变形的影响。
2.振动荷载。
地震，波浪，交通，大型机器基础等引起的荷载，这类荷载对土体的作用主要体现在3个方面：（1）荷载的速率效应对土体强度与变形的影响（2）荷载循环次数的影响（疲劳）（3）荷载幅值的大小二、土动力学的研究任务探求动荷载作用下土体变形、强度变化的规律性，运用近代力学的原理，分析研究土工建筑物及建筑物地基在各种动力影响下的变形与破坏规律。
研究内容包括两大方面的内容：土的动力特性土的动力稳定性6个方面的研究问题，包括：（1）工程建筑中的各种动荷作用及其特点（2）土体中波的传播（3）土的动力特性：土的动强度、动变形、土的震动液化等。
（4）动荷载作用下的土体本构关系（土的动应力应变关系问题）（5）土动力特性测试方法与测试技术（6）动荷载作用下土体的稳定性，包括动荷作用下土与结构物的相互作用，地基承载力，土坡稳定性以及挡土墙的土压力。
三、土动力学发展阶段与发展趋势第1阶段（20世纪30年代）动力机器基础研究第2阶段（2次世界大战以后）冲击荷载作用下土的动力学问题研究第3阶段（20世纪60年代以后）振动荷载作用下土的动力学问题研究（地震、海洋、交通等）当前的主要发展趋势（4点）：（1）注重研究土体的动力失稳机理（2）进一步深化对土的动应力应变关系的研究（3）进一步深化土与结构物相互作用的研究，即利用更加真实的土动应力应变关系，将结构物与土体相互作用过程中的变形与破坏作为一个整体进行仿真计算分析。
（4）注重现场观测结构、模型试验结果、计算分析结果的相互印证研究第二章土的动力特性土的动力特性是指动荷载作用下土的动强度特性与土的动变形特性。
土的物理力学性质及其指标
受荷历史：年代较老，有超压密历史的，密实 度大 形成环境：洪积、坡积比冲积、冰积、海积的 密实度小 颗粒组成：粗、不均匀，密实度大 矿物成分及颗粒形状：片状云母与柱状、粒状 颗粒组成比，密实度小
无粘性土紧密状态指标及其确定方法Байду номын сангаас
（1）天然孔隙比： 砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细，均
随着天然孔隙比的减小而显著增大。 通过测天然重度，换算天然孔隙比 天然重度测定方法： 地下水位以上湿砂：环刀法 地下水位以上干砂：灌砂法（注水法） 地下水位以下砂土：难
所以，土的强度问题实质上是 土的抗剪强度问题。
无粘性土不的抗剪强度 过 原 点
无粘性土的抗剪强度
粘性土的抗剪强度
无粘性土的抗剪强度不但决定于内摩擦角的大小，而且还随 正压应力的增加而增加，而内摩擦角的大小与无粘性土的密 实度、土颗粒大小、形状、粗糙度和矿物成分、以及粒径级 配的好坏程度等因素都有关，元枯性土的密实度愈大、土颗 粒愈大、形状愈不规则、表而愈粗糙、级配愈好，则内摩擦 角愈大。此外，无枯性土的含水量对内摩擦角的影响是水分 在较粗颗粒之间起滑润作用，使摩阻力降低。
压缩仪的压缩容器简图
土 的 压 缩 曲 线
土的孔隙比与相应压力的关系曲线，即土的压缩曲线。 压缩曲线两种方法绘制： 直角坐标系；双对数坐标系 在 常 规 试 验 中 ， 一 般 按 P ＝ 0.05 、 0.1 、 0.2 、 0.3 、 0.4MPa五级加荷；试验时以较小的压力开始，采取小增量 多级加荷，并加到较大的荷载(例如1-1.6MPa)为止。
土的动力特性
前面所述为土体在静荷载作用下的压 缩性和抗剪强度等力学性质问题，而在震 动或机器基础等的振动作用下，土体会发 生一系列不同于静力作用下的物理力学现 象。一般而言，土体在动荷载作用下抗剪 强度将有所降低。并且往往产生附加变形。
无粘性土紧密状态指标及其确定方法Байду номын сангаас
（1）天然孔隙比： 砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细，均
随着天然孔隙比的减小而显著增大。 通过测天然重度，换算天然孔隙比 天然重度测定方法： 地下水位以上湿砂：环刀法 地下水位以上干砂：灌砂法（注水法） 地下水位以下砂土：难
所以，土的强度问题实质上是 土的抗剪强度问题。
无粘性土不的抗剪强度 过 原 点
无粘性土的抗剪强度
粘性土的抗剪强度
无粘性土的抗剪强度不但决定于内摩擦角的大小，而且还随 正压应力的增加而增加，而内摩擦角的大小与无粘性土的密 实度、土颗粒大小、形状、粗糙度和矿物成分、以及粒径级 配的好坏程度等因素都有关，元枯性土的密实度愈大、土颗 粒愈大、形状愈不规则、表而愈粗糙、级配愈好，则内摩擦 角愈大。此外，无枯性土的含水量对内摩擦角的影响是水分 在较粗颗粒之间起滑润作用，使摩阻力降低。
压缩仪的压缩容器简图
土 的 压 缩 曲 线
土的孔隙比与相应压力的关系曲线，即土的压缩曲线。 压缩曲线两种方法绘制： 直角坐标系；双对数坐标系 在 常 规 试 验 中 ， 一 般 按 P ＝ 0.05 、 0.1 、 0.2 、 0.3 、 0.4MPa五级加荷；试验时以较小的压力开始，采取小增量 多级加荷，并加到较大的荷载(例如1-1.6MPa)为止。
土的动力特性
前面所述为土体在静荷载作用下的压 缩性和抗剪强度等力学性质问题，而在震 动或机器基础等的振动作用下，土体会发 生一系列不同于静力作用下的物理力学现 象。一般而言，土体在动荷载作用下抗剪 强度将有所降低。并且往往产生附加变形。
土动力学.ppt
20.03.2019 土动力学
表面质点运动
20.03.2019
土动力学
四、弹性波振幅随距离的衰减
如果在弹性半无限体的表面给 一个冲击，半球形波阵面的体 波就在介质中扩散。R波以圆 柱状波阵面向外扩散。 在离震源某一距离的地方监测 地面的竖向位移。P波传播得 最快，因此最先到达。接着是 S波，最后才是R波。R波紧接 在S波之后。由图可知，R波 产生的竖向运动位移比P波和 S波的要大得多。这些波的扰 动幅度随距离增大而减小。
第三章 振动与波
20.03.2019
土动力学
第三节 波的传播
波动过程中，振动的质点并不随振动的 传播产生位移，而是仍然在自己的平衡 位置附近振动。 连续介质中的波是由介质中的扰动引起 的。 由扰动而产生的变形以应力波的形式传 遍整个土体。
20.03.2019
土动力学
一维纵波的波动方程
u 2 u v c 2 2 t x E vc
20.03.2019
土动力学
波在向外传播时，不断扩大所涉及材料的体积而能量 密度随与振源距离的增大而减小。这种能量密度和位 移振幅的减小，称为几何阻尼。 而在真实土体中的能量吸收，称为材料阻尼。
20.03.2019
土动力学
五、地表基础产生的波
20.03.2019
土动力学
对于弹性半空间表面上均质和各向同性 的垂直振荡的圆形能源，整个输入能量 在三种弹性波中的分配为：R波67%，S 波26%，P波7%。R波传走整个表面能 源输入量的2/3，且随距离的衰减比体 波慢得多。这一事实说明，对于位于地 表或接近地表的基础来说，R波是有首 要意义的。
土动力学
土动力学(课堂PPT)
8 扭转 4.463 4.731 6.00 2.739 -38.63
31.07.2020
.
50
31.07.2020
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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
31.07.2020
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。
31.07.2020
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实例二、上海东方明珠广播电视塔振动试验
1：50
31.07.2020
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34
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
31.07.2020
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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
31.07.2020
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43
第十章 土的动力特征
§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)。
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。
§10.2 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
op (2 3%)
b. 工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）
Dc 填土的干密度 100% 室内标准击实试验的 d max
§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。
《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
土动力学4-2共60页共61页
容 重 1.59-2.01 1.31-2.03 1.42-19.92 1.40-1.86 1.34-1.93
干容重 1.40-1.67 1.20-1.76 1.26-1.58 1.22-1.61 1.20-1.51
孔隙比 0.582-0.927 0.715-1.151 0.713-1.136 0.685-1.003 0.815-1.135
07.10.2019
土动力学
夯沉量的预测模型
S0.01E 4 g1 9 lnN 6.0Eg8 10 0.02E 9 g1 9 (6)
单击夯沉量随击次增加而减小。一般规定最后两击的单 击夯沉量 ΔS≤0.03m时结束夯击。这时的击次称为界限 击次
可用上式来估算不同单击夯击能的界限击次
07.10.2019
土动力学
研究表明，含水量为10～20％时，夯实效 果较好
当含水量小于10％时，可在夯前进行预浸 水处理
但要严格控制水量，不使表层土含水量过 大，还应注意使整个场地浸水均匀
07.10.2019
土动力学
天然孔隙比大的土结构疏松，夯沉量较大 回填土的夯沉量比天然地基土大
强夯使土的干容重有很大的增加，这是强 夯消除黄土湿陷性的一个重要因素
07.10.2019
土动力学
黄土的湿陷性受多种因素的影响，湿陷系 数与物性指标之间不存在确定性的数学关 系仅存在某种相关关系。
多元回归分析有助于了解物性指标与湿陷 系数的相关关系
07.10.2019
土动力学
07.10.2019
(9)
机械能守恒定律
1 2
mV
2 0
mgH
(10)
则 T m WH WH
土的物理和力学性能指标的测定课件
m 0.09 10 3 3 1 . 8 t / m V 50 10 6
土样的含水量
e
m水 m干
0.09 0.068 100% 32.3% 0.068
d s w (1 )
1
2.69 1 (1 0.323) 1 0.977 1.8
范德华力
粒 间
分子间引力；只发生于颗粒间紧密接 触点处；距离稍远，这种力就不存在。 范德华力是细粒土粘结在一起的主要 原因。
即静电作用力
库仑力
胶结作用力
力
毛细压力
化合键（土粒间通过游离氧化 物、碳酸盐和有机质等胶体而 连接在一起）
1.1.5 土的构造
1.定义：在同一土层中其结构不同部分相互排列的特征称为 土的构造。 2.特征：最大特征是成层性，即具有层理构造。常见的 有水平层理构造和交错层理构造。
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
土粒比重(比重瓶法)：
ms 1 s ds Vs w1 w1
ρs：土粒密度（g/cm3) ρwl：纯水在4摄氏度时的密度
土的含水量(烘干法)：土中水的质量与土粒质量之比
mw 100% ms
土的天然密度(环刀法)：土单位体积的质量
m V
土的干密度：土单位体积中固体颗粒部分的质量
d
孔隙比减小值
土壤化学动力学
离子交换过程是由多个反应步骤组成的连续反应。其中有 一个或几个反应步骤可能对反应速率起着控制作用，成为反应
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。
第六页，共56页
反应级数（order of reaction）
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）
土的力学指标22页PPT
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
土的力学指标
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
土的力学指标
谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
孔上法：将传感器放在地表，在钻孔中 的不同深度激发剪切波
孔下法：在地表激振，在钻孔中的不同 深度处检测剪切波
2021/3/1
土动力学
成果整理与应用
vs
L t
G vs2 ; E 2vs2 1
(5 -1) (5- 2)
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
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）。
2021/3/1
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
2021/3/1
土动力学
土动力学
地基刚度系数计算
地基抗压刚度系数 地基抗弯刚度系数 地基抗剪刚度系数
Cz
z
Ed
1 d2
1 F
C
Ed
1
2 d
1 F
Cx
x
Ed
1 d2
1 F
(5 -11) (5 -12) (5 -13)
2021/3/1
土动力学
计算场地的卓越周期
T n 4Hi
v i1 si
(5 -14)
2021/3/1
第五章 土的动力指标及其测定
2021/3/1
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、φ） 动力反应分析方法（G、λ） 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
2021/3/1
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
1 ln Ar r
r r0 A0 r0
式中
r0
F
(5- 4) (5- 5)
(5- 6)
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
地脉动测试仪器
2021/3/1
土动力学
波速法在工程中的应用
岩土动力参数计算
Ed
vs2
3v
2 p
随泊松比（0～0.5）增高，面波波速接近剪切 波速
土层的泊松比一般为0.3～0.5
饱和软粘土的泊松比为0.45～0.5，因此 vs/vR=0.98左右
面波测试的有效深度为半波长，即H=L/2
2021/3/1
土动力学
震源常采用偏心质量块产生不平衡扰力
p me e 2
vR f LR
室内试验方法
动单剪试验 共振柱试验 动三轴试验
2021/3/1
土动力学
不同试验方法的测量应变范围
2021/3/1
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
2021/3/1
土动力学
一、波速试验
土动力学
波速法的室内应用
土样直径76.2mm，长度为L。 通过一个铝质活塞施加竖向荷载。 脉冲波从一端的压电晶体发送，在另一
端接受。 接受到的信号通过示波器显示，示波器
单孔波速法
2021/3/1
土动力学
测试原理 利用直达波的原理。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 ＝ ΔL /Δt
（5－1）
2021/3/1
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）
2021/3/1
土动力学
主要动力参数
土的抗剪强度参数（c、φ） 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
2021/3/1
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
自动触发式声波仪
2021/3/1
土动力学
跨孔法
L vs t
2021/3/1
(5- 3)
土动力学
跨孔试验的四要素
钻孔：钻孔必须垂直，10m深度以上的钻孔必 须测斜确定垂直度
振源：主要采用脉冲振源。必须具有产生一种 波为主的能力，必须具有在预定的能量水平上 重复所需要的特性的能力
地震接收器：适用于接收剪切波的速度传感器 （自振频率为4～15Hz）
2021/3/1
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
2021/3/1
土动力学
资料分析与成果整理
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
记录仪：常用示波器。精度0.2mm或传播时间 的5%
2021/3/1
土动力学
表面振动法
2021/3/1
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
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
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
2021/3/1
土动力学
自 动 触 发 式 声 波 仪
2021/3/1
土动力学
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
2021/3/1
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1300～1500m/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，Gd vs2
d
v
2 p
2vs2
2
v
2 p
vs2
2021/3/1
土动力学
(5 - 8) (5- 9) (5 -10)
划分场地土的抗震类别
类别
坚硬场地土 中硬场地土 中软场地土 软弱场地土
平均剪切波速 （m/s) >500
250~500
140~250
≤140
2021/3/1