土动力学1

岩土工程研究所
1.4 在动荷载作用下土的受力水平及工作状态
1. 土的受力水平 土是一种结构性很强的力学介质或工程材料，土受力越大， 土是一种结构性很强的力学介质或工程材料，土受力越大，土结构的破坏性也 越大，土的变形越发展，土也越趋于破坏。因此，在确定土的力学性能时，必须考 越大，土的变形越发展，土也越趋于破坏。因此，在确定土的力学性能时， 虑土的受力水平。 虑土的受力水平。 土的受力水平是土受力大小和土结构的破坏程度的一种表示。因此， 土的受力水平是土受力大小和土结构的破坏程度的一种表示。因此，需要一个 定量指标表示土的受力水平。表示土受力水平的定量指标有两种： 定量指标表示土的受力水平。表示土受力水平的定量指标有两种： ① 动剪应力幅值或动剪应力幅值比 一般说，土的破坏是由剪切引起的，土所受的动剪应力越大，土越接近破坏。 一般说，土的破坏是由剪切引起的，土所受的动剪应力越大，土越接近破坏。 因此，可以用动剪应力幅值表示土的受力水平。但是， 因此，可以用动剪应力幅值表示土的受力水平。但是，土破坏所需的动剪应力幅值 随所受的有效静正应力的增大而增大。因此， 随所受的有效静正应力的增大而增大。因此，即使同一种土当所受的动剪应力幅值 相同而有效静正应力不同时，其接近破坏的程度也不相同，因此， 相同而有效正应力不同时，其接近破坏的程度也不相同，因此，以动剪应力幅值 与有效静正应力比值代替动剪应力幅值表示土的受力水平更合理。 与有效静正应力比值代替动剪应力幅值表示土的受力水平更合理。 ② 动剪应变幅值 当动剪应力幅值或动剪应力幅值比相同时， 当动剪应力幅值或动剪应力幅值比相同时，不同类型的土产生的动剪切变形是 不同的。软土产生的动剪切变形大，硬土所产生的动剪切变形小；相应地， 不同的。软土产生的动剪切变形大，硬土所产生的动剪切变形小；相应地，土结构 的破坏程度也不同。因此， 的破坏程度也不同。因此，以动应力作用所引起的动剪应变幅值来表示土的受力水 平更为适宜。 平更为适宜。
第一章 绪 论
1．1 土动力学的基本概念 ． 1．2 动荷载及其特点 ． 1．3 在动荷载作用下土的速率效应和疲劳效应 ． 1．4 在动荷载作用下土的受力水平及工作状态 ． 1．5 在动荷载作用下土的分类 ．
第二章 土的动力性能及动力学模型
2．1 概述 ． 动变形标准 耗能标准 动强度标准 动孔隙水压力标准 土的动力学模型 2．2 土动力试验仪器及试验方法 ． 2．3 线性粘弹性模型 ． 2．4 等效线性化模型 ． 2．5 模型参数的测试 ． 2．6 土的动强度 ． 2．7 土的动孔隙水压力 ． 2．8 土剪切波速的现场测试 ． 岩土工程研究所
第一章 绪 论
1.1 土动力学的基本概念
1．问题的提出 ． 地基和土工结构中的土体不仅受静荷作用 在某些情况下还受动荷作用，例如： 中的土体不仅受静荷作用， 地基和土工结构中的土体不仅受静荷作用，在某些情况下还受动荷作用，例如：在 地基和土工结构设计时 不仅要在静荷作用下满足稳定性和变形要求， 设计时， 地基和土工结构设计时，不仅要在静荷作用下满足稳定性和变形要求，也要在动荷作用 下满足稳定性和变形要求。为了确定地基 土工结构物在动荷作用下的稳定性和变形 地基和 在动荷作用下的稳定性和变形， 下满足稳定性和变形要求。为了确定地基和土工结构物在动荷作用下的稳定性和变形， 必须研究如下问题： 必须研究如下问题： 土的动力性能，包括：变形特性、强度特性、耗能特性、孔隙水压力特性。 １）土的动力性能，包括：变形特性、强度特性、耗能特性、孔隙水压力特性。 中土体的应力、 在动荷作用下，地基和土工结构物中土体的应力 应变和变形的分析方法， ２）在动荷作用下，地基和土工结构物中土体的应力、应变和变形的分析方法， 也叫动力反应分析方法 动力反应分析方法。 也叫动力反应分析方法。 在动荷作用下，地基和土工结构物中土体的稳定性分析方法 中土体的稳定性分析方法。 ３）在动荷作用下，地基和土工结构物中土体的稳定性分析方法。 2．土动力学的定义 ． 土动力学是土力学的一个重要分支，它是研究在动荷作用下土的动力性能、地基和 土动力学是土力学的一个重要分支，它是研究在动荷作用下土的动力性能、地基和 土工结构物中土体的变形和稳定性的一门学科 中土体的变形和稳定性的一门学科。 土工结构物中土体的变形和稳定性的一门学科。
土动力学
Soil Dynamics
Geotechnical Engineering Teaching Office Harbin Institute of Technology
课程安排
授课时间： 授课时间： 1 ～ 7 周 26 学时 课程性质： 课程性质：考试课 授课教师：王幼青 授课教师： 教材： 教材： 《土动力学》张克绪 谢君斐 著 土动力学》 参考书： 土动力学原理》 参考书： 《土动力学原理》Braja M.Das 著
第三章 饱和砂土液化
3．1 概述 ． 液化现象和机制 液化试验 影响液化的因素 液化与循环滚动性 液化判别法的分类 3．2 场地液化判别方法 ． 场地液化判别方法——Seed简化法 简化法 3．3 场地液化判别方法 ． 场地液化判别方法——中国建筑抗震设计规范法 中国建筑抗震设计规范法 3．4 防止液化和减轻液化危害的工程措施 ．
第四章 土体动力反映分析
4．1 概述 ． 土体动力反映分析的目的 土体动力反映分析方程式——以水平场地为例 土体动力反映分析方程式 以水平场地为例 求解土体动力反映分析方程式的方法——以水平场地为例 求解土体动力反映分析方程式的方法 以水平场地为例 4．2 等效线性化模型在土体反映分析中的应用 ．
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1.2 动荷载及其特点
1．动荷载的定义 ．动荷载的定义 在荷载作用期间， 幅值随时间以某种形式发生变化的荷载 其变化包括： 随时间以某种形式发生变化的荷载。 在荷载作用期间，其幅值随时间以某种形式发生变化的荷载。其变化包括： 只有幅值大小的改变：例如交通荷载 幅值大小的改变 交通荷载。 １）只有幅值大小的改变：例如交通荷载。 幅值大小变化外 还有频率、方向的改变，成为交变荷载 大小变化外， 交变荷载， 地震荷载。 ２）除幅值大小变化外，还有频率、方向的改变，成为交变荷载，如地震荷载。
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2．土的工作状态 ． 按上述，土的受力水平越高，土结构的破坏就越大。当土结构的破坏很小时， 按上述，土的受力水平越高，土结构的破坏就越大。当土结构的破坏很小时，在动 应力作用下土所引起的变形是可恢复的，土表现出弹性性能，称为弹性工作状态 弹性工作状态。 应力作用下土所引起的变形是可恢复的，土表现出弹性性能，称为弹性工作状态。当土 的结构的破坏达到一定程度时，动应力作用所引起的变形将不再能完全恢复， 的结构的破坏达到一定程度时，动应力作用所引起的变形将不再能完全恢复，发生了不 可恢复塑性变形，土表现出弹塑性性能，称为弹塑性工作状态 土的结构破坏越大， 弹塑性工作状态。 可恢复塑性变形，土表现出弹塑性性能，称为弹塑性工作状态。土的结构破坏越大，所 发生的塑性变形及其在总变形中所占的比例越大，土越接近破坏。最后，土发生破坏， 发生的塑性变形及其在总变形中所占的比例越大，土越接近破坏。最后，土发生破坏， 破坏状态或流动 称之为破坏状态或流动。 称之为破坏状态或流动。 由于土的结构破坏与受力水平有关，则土所处的工作状态也与受力水平有关。 由于土的结构破坏与受力水平有关，则土所处的工作状态也与受力水平有关。按上 土的受力水平以动剪应变幅值表示，则根据动剪应变幅值大小土的受力水平分为小 述，土的受力水平以动剪应变幅值表示，则根据动剪应变幅值大小土的受力水平分为小 变形阶段、中变形阶段、大变形阶段： 变形阶段、中变形阶段、大变形阶段：
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2．速率效应 ． 速率效应是指土的变形模量和强度随动荷载的变化速率的增加而增大的力学现 速率效应的机制是上述的第一个在动荷作用下土变形的特点。按上述， 象。速率效应的机制是上述的第一个在动荷作用下土变形的特点。按上述，动荷载 的变化速率越大，则在某一时刻荷载作用持续的时段越短， 的变化速率越大，则在某一时刻荷载作用持续的时段越短，土的变形越不能充分发 其速率效应则越显著。 展，其速率效应则越显著。 3．疲劳效应 ． 疲劳效应是指在动荷载作用下土的变形随作用次数的增加逐次累计增大， 疲劳效应是指在动荷载作用下土的变形随作用次数的增加逐次累计增大，最后 使土发生破坏的力学现象。 使土发生破坏的力学现象。土的疲劳效应的机制是上述第二个在动荷作用下土变形 的特点。由于土破坏时的变形大约是相同的，按上述， 的特点。由于土破坏时的变形大约是相同的，按上述，动荷载幅值越大土破坏时相 应的动荷载作用次数就越小。 应的动荷载作用次数就越小。 4．两种效应的意义 ． 两种效应是土的动力性能与静力性能不同的根本原因。 ①两种效应是土的动力性能与静力性能不同的根本原因。 土的速率效应与疲劳效应是在动荷载作用下同时存在的两种相反作用。 ② 土的速率效应与疲劳效应是在动荷载作用下同时存在的两种相反作用。速率 效应使土的变形模量和强度增大，疲劳效应使土的强度降低。这样， 效应使土的变形模量和强度增大，疲劳效应使土的强度降低。这样，在动荷作用下 土的力学性能取决于这两种效应哪一个占主导。如果速率效应占主导， 土的力学性能取决于这两种效应哪一个占主导。如果速率效应占主导，则土具有较 好的动力学性能；如果疲劳效应占主导，则土具有较差的动力学性能。 好的动力学性能；如果疲劳效应占主导，则土具有较差的动力学性能。 不同的土类所表现出来的两种效应是不同的。一般结构易受破坏的土类， ③不同的土类所表现出来的两种效应是不同的。一般结构易受破坏的土类，即 结构性强的土类，疲劳效应占主导作用；相反，则速率效应占主导作用。因此， 结构性强的土类，疲劳效应占主导作用；相反，则速率效应占主导作用。因此，不 同的土类，其动力学性能有明显差别。 同的土类，其动力学性能有明显差别。
2．描述动荷载的要素 ． １）最大幅值 ２）频率 ３）持续时间或作用次数 3．动荷载的类型 ． 一次冲击型荷载：例如爆炸荷载，仅有大小的变化。 １）一次冲击型荷载：例如爆炸荷载，仅有大小的变化。 ２）有限循环作用次数的随机荷载：例如地震、风浪荷载等，有大小变化和正负 有限循环作用次数的随机荷载：例如地震、风浪荷载等， 的变化， 的变化，正→负→正 叫一次循环，循环次数是有限的，通常小于 负 正 叫一次循环，循环次数是有限的，通常小于1000次。 次 循环作用次数非常大的疲劳荷载：例如稳态机械振动荷载， ３）循环作用次数非常大的疲劳荷载：例如稳态机械振动荷载，其幅值和频率几 乎不变，循环次数非常大，通常大于1000次。 乎不变，循环次数非常大，通常大于 次