杭州第四系软土动力特性试验与土结构性影响的探讨

粘性土的动力特性实验及数值模拟

粘性土的动力特性实验及数值模拟戴文亭,陈星,张弘强吉林大学交通学院,长春 130025 摘要:使用产自日本的DT C-306型多功能电液伺服动态三轴仪,对粉质粘土进行动三轴试验。在试验提供的各种参数和数据的基础上,利用有限元程序A BA Q U S 建立动三轴试件的三维有限元模型,模拟在循环荷载作用下粉质粘土的动力变形特性;并通过与动三轴试验相关数据的大量对比分析,验证了模型的可靠性。然后在建立的三维有限元模型的基础上,进一步用数值模拟的方法研究了土体动力变形与各影响因素间的关系,得出如下结论:初始弹性模量、阻尼系数、受荷形式对土的塑性变形影响最大,应力幅值、围压、频率、加荷周数次之,加载波形的影响最小,不同波形对塑性变形的影响取决于荷载最大值时历时的长短。有限元数值模拟方法在一定程度上可以替代动三轴实验。关键词:动三轴;循环荷载;动力特性;有限元法;数值模拟;粘性土中图分类号:P642.11 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2008)05-0831-06 收稿日期:2008-03-07 基金项目:国家/8630项目(2007A A11Z114) 作者简介:戴文亭(1964)),男,江苏丰县人,副教授,博士,主要从事道路岩土工程方面的教学与研究工作,E -ma il:da-i w enting 64@163.co m 。 Experiment and Nu merical Simulation of Dynamic Behavior for Cohesive Soils DAI Wen -ting,CH EN Xing ,ZH A NG H ong -qiang Colleg e of Tr ansportation and Tr af f ic ,J ilin Univ er sity ,Ch angch un 130025,China Abstract:T he dy namic tr-i ax ial instr um ent of DT C -306m ade in Japan is used to make cy clic tr-i ax ial test o f silty clay under dy nam ical loading by lo ad control.On the basis o f various parameters and data offered fr om the test,utilizing comm on finite element procedur e ABAQUS to set up the three -d-i m ensio nal finite element mo del of the dy nam ic tr-i ax ial sam ple,the dynamical defor mation behavior o f silty clay under cy clic load is simulated.T hr oug h a lot of co ntrast analy sis to the dynamic tr-i ax ial test relation data,the r eliability of the m odel is validated.Then based on the finished three -dim ensional f-i nite element m odel,the relationship betw een dy namic deform ation and the influence factors is re -searched,and the results are as follo w s:the first im po rtant influential factors of so il plastic defo rmatio n ar e initial elastic modulus,damping facto r and ty pe of cy clic load,then the m ag nitude of cyclic lo ad,sur -r ounding stress,frequency and the number of cyclic times,and the m inimum influential facto r is type o f load w av e.T he numerical sim ulation method of finite elem ent can substitute the dynamic tr-i ax ial test to a certain ex tent. Key words:dynam ic tr-i ax ial test;cyclic load;dynamical behav io r;finite elem ent method;numer-i cal sim ulation;viscosity soil 第38卷第5期 2008年9月吉林大学学报(地球科学版) Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n) Vo l.38 No.5 Sep.2008

土动力学

《土动力学》课程教学大纲课程编号：033027 学分：2.0 总学时：34+18（上机）大纲执笔人：杨德生大纲审核人：高彦斌本课程有配套实验课031157《土动力学实验》，0学分，13（0.75周）学时。一、课程性质与目的《土动力学》是地质工程专业的专业课程，为必选课。其主要教学目的为：让学生掌握土动力学基本理论（包括振动理论、波动理论）、土的动力特性、地震区的场地评价方法、砂土液化评价方法、动力基础设计方法、地基基础的抗震设计、地基土动力参数测试及桩基动力测试的基本理论及实验技能。二、课程基本要求使学生掌握振动理论、波动理论的基本方法，了解土的动力特性，掌握地震区场地评价方法，了解砂土液化的基本概念及评价方法和处理措施，掌握基础振动分析方法并能够进行动力基础的设计，掌握地基基础的抗震强度验算方法以及抗震措施，掌握一些基本的实验方法如：地基土动力参数的测试、基础动力测试、桩基础动力检测等。三、课程基本内容（一）绪论了解土动力学的必要性和重要性，了解土动力学的目的的要求，介绍土动力学的发展趋势。（二）振动理论着重讲解质点振动理论及其在土动力学中的应用。（三）波动理论讲授波在无限长度杆件、有限长度杆件中的传递理论及在弹性半空间体中的传递理论。着重讲解利用波动理论推导共振柱法及桩基动力检测的基本公式，讲解共振柱法及桩基动力检测的实验过程及资料分析。掌握共振柱法及桩基动力检测的基本实验技能。（四）土的动力特性讲授土的动力特性及其非线性关系的基本理论，讲解室内实验（动三轴、共振柱试验）及野外试验（波速法）实验过程及资料分析方法。掌握土的动力特性非线性关系的分析方法及野外试验（波速法）的基本实验技能。（五）地震区的场地评价讲授地震区的场地评价的基本方法及场地地震反应分析法，简要介绍地震小区划分的基本要领及国内外的进展情况。掌握地震区的场地评价的基本方法（包括场地的分类、液化场地判别的各种方法）。（六）砂土液化

软土地基工程中存在的问题及处理方法

浅析软土地基工程中存在的问题及处理方法摘要：软土在荷载作用下，极易产生工程问题，在勘察过程中切不可马虎松懈，本文从软土特性出发，分析了软土工程地基中存在的问题及处理措施，并作出了勘察方法探讨。关键词：软土地基工程问题勘察方法中图分类号：tu4文献标识码：a 文章编号：在公路铁路的修建施工过程中，经常会遇到物理力学性质差且分布面积较大的第四系软土类区域，软土体是自然界的历史产物，它有独特的地域特征，地基条件差别巨大，根据相邻建筑物或相邻地域的地质资料来设计，一点微小的差异就可能给影响工程质量，给工程造成巨大的经济损失，所以应引起重视，我们施工中充分利用信息，及时调整设计参数和工艺，避免了施工期间可能引起的附加沉降，体现了当今勘察设计施工监测为一体的全过程综合岩土工程实践理念。一、软土的特征及其危害性软土指的是所含水量大于液限天然孔隙比大于或等于1.0的细粒土，处于软朔或流朔状态。我国的软土主要分布在东南沿海及各大江大河的入海三角洲冲击平原地区。内陆主要是湖泊或山谷冲击而成，有机质含量较高，分布范围比较小。主要包含饱和软粘土包括泥炭、泥炭质土，淤泥、淤泥质土等，软土一般具触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性等特征，在工程应用上的

表现为地基沉降量大，可以达到数十厘米甚至到数百厘米；地基沉降时间长，达数十年甚至到数百年，特别严重的是沿海地带的软土地基，因为厚度过大，所以固结速度比较慢；地基不均匀沉降，大多是由上部结构的特性和荷载差异所引起；地基抗剪强度低。软土上述的特点，容易影响公路铁路工程质量，引发一些地质灾害，其危害性主要表现为：软土地基不均匀和过大沉降将严重影响路面的平整度，牵制了道路通行能力和安全度；路基路堤还可能会随着软土地基一起产生滑动现象，从而导致路面的整体遭到破坏，鉴于软土地基潜在的种种危害性，各部对于软基的处理标准要求高，也更高地要求了地质勘察在软土地基工程的深度和广度。二、软土地基工程中存在的问题由上所述出的软土地基固有的特性以及工程在勘察、设计、施工、管理使用各程序阶段的失误，造成了所建造在软土地基上建筑物的结构损伤工程倒塌等一系列工程事故，大致可分为以下几种情况：（一）在地质勘测时深度不够，没有查清楚软土土层的分布、厚度以及一些暗沟暗塘的具体情况，造成建筑物产生严重不均匀沉降，结构构件开裂，甚至工程不负荷载倒塌的事故。（二）由于地质勘察不深入，不细致，未取得的地质资料不具可靠性，以致错误的将软土判断为好的地基土，使设计也随之错误，产生的不均匀沉降使建造物受力结构变化，裂缝倒塌，引起工程事故。

渤海海域软表层土的动力特性

第３５卷第７期一一一一一一一一一一一哈一尔一滨一工一程一大一学一学一报一一一一一一一一一一Ｖｏｌ．３５?．７２０１４年７月一一一一一一一一一一ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ一一一一一一一一一一一Ｊｕｌ．２０１４渤海海域软表层土的动力特性荣棉水１，２，李小军２（１．中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室，北京１０００８５；２．中国地震局地球物理研究所，北京１０００８１）摘一要：为深入研究渤海海域软表层土的动力特性，在渤海海域多个钻孔钻探取样的基础上，研究了其软表层土的工程物理性质三利用振动三轴试验仪进行了一系列不排水动力试验，分析了渤海软表层土在动荷载作用下的动剪切模量比二阻尼比变化特征，并与陆域同等埋深软弱土进行了对比三利用Ｈａｒｄｉｎ?Ｄｒｎｅｖｉｃｈ模型二Ｄａｖｉｄｅｎｋｏｖ模型等开展了软土非线性动力本构关系研究三研究结果表明：在类似埋深条件下的陆域软弱土与海域软表层土动力特性有明显差异；Ｄａｖｉｄｅｎｋ?ｏｖ模型对陆域与海域软弱土动剪切模量比曲线的拟合效果优于Ｈａｒｄｉｎ?Ｄｒｎｅｖｉｃｈ模型三关键词：海域软表层土；动力特性；动剪切模量比；阻尼比；Ｈａｒｄｉｎ?Ｄｒｎｅｖｉｃｈ模型；Ｄａｖｉｄｅｎｋｏｖ模型；本构关系ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６?７０４３．２０１３０４０５３网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６?７０４３．２０１３０４０５３．ｈｔｍｌ中图分类号：Ｐ３１５一文献标志码：Ａ一文章编号：１００６?７０４３（２０１４）０７?０８３３?０６ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａａｒｅａＲＯＮＧＭｉａｎｓｈｕｉ１，２，ＬＩＸｉａｏｊｕｎ２（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｒｕｓｔａｌＤｙｎａｍｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎａＥａｒｔｈｑｕａｋｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｓｅａａｒｅａｓ，ｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐ?ｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓａｍｐｌｅｓｏｆｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａａｒｅａ．Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｕｎｄｒａｉｎｅｄｄｙｎａｍｉｃｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇａｄｙｎａｍｉｃｔｒｉａｘｉａｌｔｅｓｔａｐｐａｒａｔｕｓ．ＴｈｅｃｈａｎｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓｆｏｒｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａａｒｅａｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒ?ｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｏｆｔｓｏｉｌａｔｔｈｅｓａｍｅｂｕｒｉａｌｄｅｐｔｈｉｎｔｈｅｍａｉｎｌａｎｄ．ＴｈｅＨａｒｄｉｎ?ＤｒｎｅｖｉｃｈｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅＤａｖｉｄｅｎｋｏｖｍｏｄｅｌｅｔｃ．ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｆｔｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｓｏｉｌｄｙ?ｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｅｘｉｓｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｆｔｓｏｉｌｏｎｌａｎｄａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａａｒｅａｕｎｄｅｒｓｉｍｉｌａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｂｕｒｉａｌｄｅｐｔｈ．ＴｈｅＤａｖｉｄｅｎｋｏｖｍｏｄｅｌｃａｎｆｉｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓｒａｔｉｏｃｕｒｖｅｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｓｏｆｔｓｏｉｌｏｎｌａｎｄａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａａｒｅａｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅＨａｒｄｉｎ?Ｄｒｎｅｖｉｃｈｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔｔｏｐｓｏｉｌｉｎｓｅａａｒｅａ；ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｄｙｎａｍｉｃｓｈｅａｒｍｏｄｕｌｕｓｒａｔｉｏ；ｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏ；Ｈａｒｄｉｎ?Ｄｒｎｅｖｉｃｈｍｏｄｅｌ；Ｄａｖｉｄｅｎｋｏｖｍｏｄｅｌ；ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎ收稿日期：２０１３?０４?１５．网络出版时间：２０１４?０５?１３１６：５０．基金项目：国家自然科学基金重大研究计划资助项目（９１２１５３０１）；国家自然科学基金青年资助项目（５１２０８４７４）；国家９７３计划资助项目（２０１１ＣＢ０１３６０１）；中央公益型院所基本业务专项基金资助项目（ＺＤＪ２０１４?０７）．作者简介：荣棉水（１９８２?），男，高级工程师，博士研究生；李小军（１９６５?），男，研究员，博士生导师．通信作者：李小军，Ｅ?ｍａｉｌ：ｂｅｅｒｌｉ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ．一一渤海海底蕴藏着丰富的石油二天然气矿产资源，其海域范围内海洋平台二跨海桥隧二港湾工程的不断兴建，为进一步研究海域土体的动力特性提出了迫切的要求三海域土体的动力特性与陆域土体有一定差别，主要原因是沉积环境二组成成分及天然固结状态等条件的不同，使得海洋土的物理性质及其工程特性与陆地土存在较大的差异三另外由于经受巨大自重二小波浪的长期作用和暴风巨浪二地震等非常环境荷载的瞬间作用，海床土体处于复杂的应力状态［１］三此外，相对于陆域土体，海域土体动力特性的研究开展得很少三渤海海域的海底软表层土强度很低，工程物理

软土

浅谈软土及软土地基摘要：我国幅员辽阔，地质地貌条件复杂多样，大量的高等级公路要穿过软土地区，然而，软土是较难处理的区域性土之一，地质条件较为复杂，路堤的沉降和稳定是一个极其突出的问题。因此，对路基的沉降变形预测具有重要的实际工程意义。本文就软土的物理力学特性以及对软土地区一些传统的地基处理方法略谈一些体会。关键词：软土物理力学特性软土地基一、软土的定义软土泛指淤泥及软泥质土，是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相；内陆平原或山区的湖相和冲击洪击沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。它富含有机质，天然含水量w大于液限wL,天然孔隙比e大于或等于1.0。其中：当e≥1.5时，称淤泥；当1.5＞e≥1.0时，称淤泥质土；当5%≤土中有机质含量≤10%，称有机质土；当10%＜土中有机质含量≤60%，称泥炭质土；当土中有机质含量>60%，称泥炭。二、软土的物理力学特性 1、高含水量和高孔隙性（决定其压缩性和抗剪强度的重要因素）软土的天然含水量总是大于液限，一般为50%~70%，山区软土有时高达200%。天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1~2之间，最大达3~4。其饱和度一般大于95%。 2、渗透性低（对地基强度有显著影响）软土的恨透系数一般在i*10-4~i*10-8cm/s之间，而大部分滨海相和相软土地区由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细沙、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。由于该类土渗透系数小、含水量大且呈饱和状态，这不但延缓土体的固结过

程，而且在加荷初期，常易出现较高的空隙水压力，对地基强度有显著影响。 3、压缩性高软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1~0.2一般为0.7~0.5Mpa-1，最大4.5pa-1，他随着土的液限和天然含水量的增大而增高。 4、抗剪强度软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关。因此要提高软土地基的强度，必须控制施工和使用时的加荷速度，特别是在开始阶段加速不能过大，以便每增加一级荷重与土体在新的受荷条件下强度的提高相适应。如果相反，则土中的水分将来不及排出，土体强度不但来不及得到提高，反而会由于土中空隙水压力的急剧增大，有效应力降低，而产生土体的挤出破坏。 5、较显著地触变性和蠕变性一般用灵敏度St指标定量评价软土的触变性（详见课本p74）。软土的蠕变性是比较明显的。表现在长期恒定应力作用下，软土将产生缓慢剪切变形，并导致抗剪强度的衰减；在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的此固结沉降。许多工程现实表明：当土中孔隙水压力完全消散后，建筑物还会继续沉降。三、软土地基 1、定义明确定义软土地基是困难的。通常把抗剪强度低、压缩性高、透水性差的地基以及在动力荷载作用下容易液化的地基称为软土地基。 2、软土地基的稳定性评价遇下列情况时应评价地基的稳定性。 ①当“建物”离河岸、池塘、海岸等边坡较近时，应评价软土侧向挤出或滑移的可能性。 ②当地基受力范围内有顶面倾斜的基岩或硬土层，应评价软土沿该面产生滑移的可能性 ③当场地位于强震区，应分析场地和地基的地震效应、饱和砂土、粉土液化判别、场地稳定性和震陷的可能性评定。 ④水文地质条件变化较大时，分析其对地基和稳定性的影响。

结构动力特性测试方法及原理

结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和结构损伤检测的重要步骤。目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下： [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+? ?????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n 维矩阵； {})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵；{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵；{} )(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵；{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率f （其倒数即自振周期T ）、振型Y(i)和阻尼比ξ，这些数值在结构动力计算中经常用到。任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提出修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断”技术就是这样一种方法。其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法和自由振动法。稳态正弦激振法是给结构以一定的稳态正弦激励力，通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型和对应的阻尼比。传递函数法是用各种不同的方法对结构进行激励（如正弦激励、脉冲激励或随机激励等）,测出激励力和各点的响应，利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数，进而可以得出结构的各阶模态参数（包括振型、频率、阻尼比）。脉动测试法是利用结构物（尤其是高柔性结构）在自然环境振源（如风、行车、水流、地脉动等）的影响下，所产生的随机振动，通过传感器记录、经谱分析，求得结构物的动力特性参数。自由振动法是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放，使之产生一个初速度，以激发起被测结构的自由振动。以上几种方法各有其优点和局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率和阻尼比,但其缺点是，采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性，而采用多点激振需较多的设备和较高的试验技术；传递函数法应用于模型试验，常常可以得到满意的结果，但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来，从而获得比较满意的传递函数，这在实际测试工作中往往有一定的困难。利用环境随机振动作为结构物激振的振源，来测定并分析结构物固有特性的方法，是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的，现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中，对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面：一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动（根据动力量测结果，可发现其频谱是相当丰富的，具有不同的

软土蠕变特性试验研究

第28卷第5期岩土工程学报 Vol.28 No.5 2006年 5月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering May, 2006 软土蠕变特性试验研究周秋娟，陈晓平（暨南大学力学与土木工程系，广东广州 510632）摘要：针对广州南沙原状软土进行了一系列室内试验研究，包括三轴压缩试验、三轴蠕变试验和一维固结试验，系统地探讨了软土的蠕变变形特性。结果表明：软土的蠕变特性与多种因素有关，包括土体的初始固结度、土层排水条件、加荷比等；次固结系数与固结压力的关系取决于土体的先期固结压力和试验中的加荷比。关键词：软土；蠕变；次固结；试验中图分类号：TU41 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)05–0626–05 作者简介：周秋娟(1981–)，女，浙江人，硕士研究生，从事土力学与基础工程工作。 Experimental study on creep characteristics of soft soils ZHOU Qiu-juan, CHEN Xiao-ping （Department of Mechanics and Civil Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China） Abstract: Based on a series of laboratory tests with undisturbed samples obtained from Nansha of Guangzhou, including triaxial compression test, triaxial creep test and one dimensional compression test, creep deformation characteristics of soft soils were researched. It was shown that there were many factors impacting on the creep characteristics of soils, such as the initial degree of consolidation, drainage condition, load ratios and so on; and the relationship between coefficient of secondary consolidation and consolidation pressure depended on preconsoildation pressure and load ratios in the test. Key words: soft soil; creep; secondary consolidation; experiment 0 引言土体变形是土体在外力作用下，土颗粒趋向新的、较稳定的位置移动而产生的，一般可分为固结变形和次固结变形。固结是土体受外力作用后由内部应力变化引起的体积变化。次固结是指由土骨架蠕动产生的变形，主要指超孔隙水压力消散后，有效应力基本稳定的条件下，因土粒表面的结合水膜蠕变及土颗粒结构重新排列等引起的较为缓慢的变形，因而可以认为次固结变形即属于蠕变变形，与时间密切相关。陈宗基认为造成次固结变形的时间效应的机械作用有2个主要的过程：①因剪应力而产生的滞留和因球应力而产生的体积蠕变，②在这2个过程中产生的土骨架硬化[1]。对于饱和软土而言，应力、应变受时间的影响是很明显的。根据应力状态的不同，其变形速率有时是极其缓慢的，最后趋于停止；有时则逐渐增长，最后导致破坏。近年来，随着软土工程的迅速发展，关于软土的变形时效特性的研究取得了很多的成果[2-6]。本文在已有研究成果基础上，重点探讨不同应力和排水条件下土体蠕变变形的变化规律，以对控制软土工程的工后沉降提供理论依据。1 试验方案 1.1 土的基本物理特性试验选取珠江入海口处典型土样，根据土体的外观特点，可知该地区在6.4～8.4 m范围内为淤泥混砂层，有些土样中还混有贝壳等杂质。其基本物理性质指标如表1。 1.2 三轴压缩试验常规三轴试验在TSZ30－2.0型应变控制式三轴仪上进行。试验采用φ= 39.1 mm，H = 80 mm的原状土样。为了探讨土体初始固结度U0和排水条件对应力–应变特性的影响，在三轴试验中分别进行了不固结不排水（UU）试验、施加围压σ3使土体达到固结度Ｕ为25%、50%、100%的固结不排水剪（CU）试验和固结排水剪（CD）试验。 1.3 三轴蠕变试验三轴蠕变试验在应力控制式三轴剪切渗透试验仪─────── 基金项目：广东省自然科学基金资助项目（021145）；广东省科技计划项目（2004B32801003）；广东省水利厅科技计划项目（2003-13）收稿日期: 2005–03–21

《土动力学实验》

《土动力学实验》课程教学大纲课程编号：031157 学分：0 周数：0.75周大纲执笔人：黄茂松大纲审核人：李镜培说明：《土动力学实验》是033027《土动力学》及031349《土动力学与基础抗震》课程的实验部分，该课程有课号、有学时、无学分。一、实验性质与目的《土动力学实验》是土木工程专业的实践环节课程。其主要教学目的为：使学生了解土的动力特性，掌握地震区场地评价方法，了解砂土液化的基本概念及评价方法和处理措施，掌握基础振动分析方法并能够进行动力基础的设计，掌握地基基础的抗震强度验算方法以及抗震措施，掌握一些基本的实验方法如：地基土动力参数的测试、基础动力测试、桩基础动力检测等。二、课程面向专业土木工程专业三、实验基本要求 1．通过实验掌握振动理论以及波动理论中的有关知识； 2．通过实验掌握波速测试的方法； 3．通过实验掌握激振法测试地基土动力特性参数的操作与数据处理。四、实验教学基本内容 1．振动模型实验：对一质量－弹簧－阻尼体系激振，采集振动信号，采用质量－弹簧－阻尼体系振动理论分析振动数据。 2．波动模型实验：对一杆件的杆端进行激振，采集振动信号，采用应力波在一维杆件中的传播方程对数据进行处理。 3．波速测试现场实验：采用跨孔法测试地基土的剪切波波速。 4．激振法现场实验：采用竖向强迫激振法测试地基土的抗压刚度系数。五、实验内容和主要仪器设备与器材配置

六、实验预习和实验报告的要求、考核方式学生应当在实验以前掌握与实验有关的各方面的知识，如理论方面、操作方面、数据处理方面、工程应用方面。实验结束后编写实验报告，实验报告中要包括上面提到的四方面的内容。考核方式包括以下几个方面：1、实验操作；2、数据处理；3、报告编写。七、学时分配八、教材、实验指导书与主要参考书教材：《土动力学》，自编教材。主要参考书：《土与基础振动》，F.E Richart,Jr.U .S .A。《土动力学》，Dao U.S.A浙江大学翻译。实验指导书名称：《土动力学基础》

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。 4.地震作用下土一结构动力相互作用研究综述土一结构动力相互作用问题是结构动力学与土动力学相结合，新近发展起来的交叉学科。在地震荷载作用下，土的存在将导致自由场的地表运动不同于下卧基岩面的运动，而结构的存在也影响基础底面的运动。现有的抗震计算理论大多采用刚性地基的假定，即假定地震时建筑物基础的运动与其邻近自由场地一致。然而在实际地震时，上部结构的惯性力通过基础反馈给地基，致使地基发生局部变形。如果这部分变形比由地震波产生的地基变形小得多，则上述假定是合理的。否则，由于基础相对于地基的平移和转动，将使上部结构的实际运动和按刚性地基假定计算的结果之间产生较大差别。因此，对于处在柔性地基上的刚性建筑物，在计算地震反应时考虑地基与结构的动力相互作用是很必要的。

土动力学试验测试方法简介

土动力学试验测试方法简介摘要：本文针对土动力学特征主要介绍了振动三轴试验方法的原理、试验仪器及发展概况，同时对几种试验方法简单对比，并对DDS-70型动三轴仪试验方法与计算原理进行了详细阐述。关键词：动三轴：剪切模量：阻尼比 1 振动三轴试验基本原理三轴试验分为静三轴与动三轴两种。静三轴试验是在三向静应力作用下，根据摩尔-库仑破坏准则确定土的强度参数凝聚力与内摩擦角。动三轴与静三轴不同，属于土的动态测试内容，是室内进行土的动力特性测定时较普遍采用的一种方法，被用来测定土在三向动应力作用下的动力特性指标。土的动力特性主要指变形特性和强度特性。变形特性即动应力—应变关系；强度关系除了土的一般动强度外，还包括可液化土的振动液化强度。土体动态测试技术，直接影响土动力学特性研究和土体动力分析计算的发展，起着正确揭示土的动力特性规律和完善分析计算理论的重要作用，是土动力学发展的基础。在室内进行土的动力特性试验，主要包括两方面的内容：一是土的动强度，用以分析大变形条件下地基和结构物的稳定性，特别是砂土的振动液化问题；一是确定剪切模量和阻尼比，用于计算在小变形的条件下土体在一定范围内的位移、速度、加速度和应力随时间的变化。 2 试验仪器与发展概况振动三轴仪一般包括压力室、激振设备和量测设备三个系统。在量测设备方面，一般采用电测设备，即将动力作用下的动孔隙水压力、动变形和动应力的变化纪录，通过传感器转换成电量或电参数的变化，在经过放大，推动光电示波器的振子偏转，引起光点移动，并在紫外线滤光纸带上分别记录。振动三轴仪的激振设备，根据产生激振力方式不同，可以分为电-磁激震式、惯性激振式和电-气激振式等类型。每种类型又可分为单向激振和双向激振两种。 1959年，我国水电部水利水电科学研究院开始利用加在试件上端重量的惯性作用产生的轴向振动应力研制单向振动三轴仪。1964年，中国科学院工程力学研究所制成电磁式单向激振式三轴仪，研究土体变形模量和阻尼问题。1975年，安徽水利科学研究所试制惯性力双向激振式振动三轴仪。1976年，由北京市地形地质勘测处和北京市科学仪器修配厂等单位合作。制成DSZ-100型振动三轴仪。1976年，西北农学院研制电气单向激振式三轴仪和气动双向激振式三轴仪。中国地震局工程力学研究所在1982年首先研制成了固定一自由端GZ一1型共振柱仪，后来又不断改进。1999年，为了对深层大应力状态下黄土试样和黄土层下覆强风化岩层进行动三轴试验，中国地震局兰州地震研究所与天水红山试验机有限公司共同研制了20 kN动三轴试验机。近年来，北京新技术应用研究所为很多科研单位和院校试制了一批电磁式振动三轴仪，采用微机控制和数据处理。南京工业大学岩土工程研究所近年也自行研制了GZ一1型共振（自振）柱仪。振动三轴仪在国外发展较早，目前应用最广的就是英国GDS公司研制生产了采用电机控制并双向施加动荷载动三轴试验系统。 3 试验方法概述实验室测定土的动模量和阻尼比已有很多的研究成果，己成为较成熟的技术

结构动力特性测试方法及原理

结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述每个结构都有自己的动力特性,惯称自振特性。了解结构的动力特性就是进行结构抗震设计与结构损伤检测的重要步骤。目前,在结构地震反应分析中,广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法,但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下: [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+??????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,均为n 维矩阵;{} )(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。表征结构动力特性的主要参数就是结构的自振频率f (其倒数即自振周期T )、振型Y(i)与阻尼比ξ,这些数值在结构动力计算中经常用到。任何结构都可瞧作就是由刚度、质量、阻尼矩阵(统称结构参数)构成的动力学系统,结构一旦出现破损,结构参数也随之变化,从而导致系统频响函数与模态参数的改变,这种改变可视为结构破损发生的标志。这样,可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损,进而提出修复方案,现代发展起来的“结构破损诊断”技术就就是这样一种方法。其最大优点就是将导致结构振动的外界因素作为激励源,诊断过程不影响结构的正常使用,能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史,积累了丰富的经验,振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高,结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测,并可得到比较精确的结构动态特性(如频响函数、模态参数等)。目前,许多国家在一些已建与在建桥梁上进行该方面有益的尝试。测量结构物自振特性的方法很多,目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法与自由振动法。稳态正弦激振法就是给结构以一定的稳态正弦激励力,通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型与对应的阻尼比。传递函数法就是用各种不同的方法对结构进行激励(如正弦激励、脉冲激励或随机激励等),测出激励力与各点的响应,利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数,进而可以得出结构的各阶模态参数(包括振型、频率、阻尼比)。脉动测试法就是利用结构物(尤其就是高柔性结构)在自然环境振源(如风、行车、水流、地脉动等)的影响下,所产生的随机振动,通过传感器记录、经谱分析,求得结构物的动力特性参数。自由振动法就是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放,使之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。以上几种方法各有其优点与局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率与阻尼比,但其缺点就是,采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性,而采用多点激振需较多的设备与较高的试验技术;传递函数法应用于模型试验,常常可以得到满意的结果,但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来,从而获得比较满意的传递函数,这在实际测试工作中往往有一定的困难。利用环境随机振动作为结构物激振的振源,来测定并分析结构物固有特性的方法,就是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的,现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中,对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面:一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动(根据动力量测结果,可发现其频谱就是相当丰富的,具有不同的脉动卓越周期,反应了不同地区地质土壤的动力特性);另一方面主要来自过桥车辆的随机振动。

结构动力特性试验

第七章结构动力特性试验 7.1概述建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质，构造连接等因素决定，但与外荷载无关。建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抗御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。 1．在结构抗震设计中，为了确定地震作用的大小，必须了解各类结构的自振周期。同样，对于已建建筑的震后加固修复，也需了解结构的动力特性，建立结构的动力计算模型，才能进行地震反应分析。 2测量结构动力特性，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。在设计中可以便结构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防震，隔震或消震。 3．结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。由于结构受动力作用，特别是地震作用后，结构受损开裂使结构刚度发生变化，刚度的减弱使结构自振周期变长，阻尼变大。由此，可以从结构自身固有特性的变化来识别结构物的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。但由于实际结构的组成，材料和连接等因素，经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。因此，建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分，而引起人们的关注和重视。结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主，由于它可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常可以在现场进行结构的实物试验，正如本章所介绍的试验实例。当然随着对结构动力反应研究的需要，目前较多的结构动力试验，特别是研究地震，风震反应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。结构动力特性试验的方法主要有人工激振法和环境随机振动法。人工激报法又可分为自由振动法和强迫振动法。人工激振法是一种早期使用的方法，试验得到的资料数据直观简单，容易处理；环境随机振动法是一种建立在计算机技术发展基础上采用数理统计处理数据的新方法，由于它是利用环境脉动的随机激振，不需要激振设备，对于现场测试特别有利。以上任何一种方法都能测得结构的各种自振特性参数，由于计算机技术的发展和数据分析专用仪器的普及使用，为各种方法所测得的资料数据提供了快速有效的处理分析条件。 7．2人工激振法测量结构动力特性 7．2．且结构自振频率测量一、自由振动法在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。在现场试验中可用反冲激振器对结构产生冲击荷载；在工业厂房中可以通过锻锤、

结构试验(答案)

建筑结构试验一、单项选择题 1. 建筑结构试验是以________方式测试有关数据，反映结构或构件的工作性能、承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要的依据。 ( ) A.模拟 B.仿真 C.实验 D.计算 2. 普通钢筋混凝土的密度为（） A．22--23kN/m3 B．23--24 kN/m3 C．24--25 kN/m3 D．25--26 kN/m3 3. 超声回弹综合法法检测混凝土强度时，被检测混凝土强度不应低于（） A．2MPa B．5MPa C．8MPa D．10Mpa 4. 结构试验前，应进行预加载，下列论述哪一项不当（） A.混凝土结构预加载值不可以超过开裂荷载值； B.预应力混凝土结构的预加载值可以超过开裂荷载值； C.钢结构的预加载值可以加至使用荷载值； D.预应力混凝土结构的预加载值可以加至使用荷载值。 5.结构试验时，试件的就位形式最符合实际受力状态而应优先采用的是 ( ) A.正位试验 B.反位试验 C.卧位试验 D.异位试验 6.贴电阻片处的应变为1000με，电阻片的灵敏系数K＝2．0，在这个电阻片上应产生的电阻变化率应是下列哪一个( ) A. 0．2％ B．0．4％ C．0．1％ D．0．3％ 7. 钢结构试验时，持荷时间不少于 ( ) 分钟分钟分钟分钟 8. 非破损检测技术可应用于混凝土、钢材和砖石砌体等各种材料组成的结构构件的结构试验中，该技术 ( ) A.会对结构整体工作性能仅有轻微影响

B.会对结构整体工作性能有较为严重影响 C.可以测定与结构设计有关的影响因素 D.可以测定与结构材料性能有关的各种物理量 9. 在结构动力模型试验中，解决重力失真的方法是 ( ) A．增大重力加速度 B．增加模型尺寸 C．增加模型材料密度 D．增大模型材料的弹性模量 10. 下列哪一点不是低周反复试验的优点 ( ) A．设备比较简单，耗资较少 B．在逐步加载过程中可以停下来仔细观察反复荷载下结构的变形和破坏现象 C．能做比较大型的结构试验及各种类型的结构试验 D．能与任一次确定性的非线性地震反应结果相比 11.在结构抗震动力试验中，下列何种加载方法既能较好地模拟地震又有实现的可能 ( ) A．采用机械式偏心激振器激振 B．采用地震模拟振动台 C．采用炸药爆炸模拟人工地震 D．采用电磁激振器激振 12.当对结构构件进行双向非同步加载时，下列图形反映X轴加载后保持恒载，而Y轴反复加载的是（） 13.钻芯法检测混凝土强度时,芯样直径不得小于骨料最大粒径的 ( ) 倍倍倍倍 14.下列哪种方法施加动力荷载时,没有附加质量的影响 ( ) A.离心力加载法 B.自由落体法