土动力学1
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）砂土液化讲授砂土液化的基本概念及分析评价方法，以及砂土液化的处理与防治。
软土动力学——学习地震知识
软土动力学——学习地震知识地震，这一自然界的强大力量，常常给人类带来巨大的破坏和伤痛。
而在地震研究的领域中，软土动力学是一个至关重要的分支，它对于我们理解地震在软土地区的传播和影响具有重要意义。
首先，让我们来了解一下什么是软土。
软土通常是指那些含水量高、压缩性大、强度低的土层，比如淤泥、淤泥质土等。
在城市建设和工程活动中，经常会遇到软土地区。
当地震发生时，软土会表现出与普通土层不同的特性，从而对建筑物和基础设施产生特殊的影响。
地震波在软土中的传播是软土动力学研究的核心内容之一。
地震波可以分为纵波（P 波）和横波（S 波）。
纵波的传播速度较快，会引起物体的上下振动；横波的传播速度较慢，但破坏力更强，会导致物体左右摇晃。
当这些地震波传入软土地区时，由于软土的特殊性质，波的传播速度和振幅都会发生变化。
软土的高含水量和低强度使得地震波在其中传播时能量容易被吸收和衰减，但同时也可能会导致波的放大和共振现象，从而加剧地震的破坏作用。
软土的动力特性也是研究的重点之一。
软土在受到地震作用时，会产生变形和孔隙水压力的变化。
由于软土的渗透性较差，孔隙水压力的增加可能会导致土体的有效应力降低，从而使土体的强度和稳定性下降。
这就是所谓的“液化现象”，在地震中经常会导致建筑物的倾斜、下沉甚至倒塌。
为了研究软土动力学，科学家们采用了多种方法和技术。
现场观测是其中非常重要的一种手段。
通过在地震多发地区设置监测仪器，可以获取地震发生时软土地区的地面运动数据，从而分析地震波的传播规律和软土的动力响应。
实验室试验也是不可或缺的研究方法。
在实验室中，可以模拟不同类型的软土和地震条件，对土体的力学性能和变形特性进行详细的研究。
此外，数值模拟技术也在软土动力学研究中发挥了重要作用。
通过建立数学模型和计算机模拟，可以预测地震在软土地区的影响，为工程设计和抗震设防提供依据。
那么，学习软土动力学对于我们有什么实际的意义呢？在城市规划和工程建设中，了解软土地区的地震特性可以帮助我们选择合适的场地和基础形式，从而提高建筑物和基础设施的抗震能力。
土动力学论文
土动力学的研究与论述【摘要】土动力学是土力学的一个新的学科分支,它是土力学、结构力学、地震工程学以及土工抗震学等相结合的产物。
它研究的对象不仅包括复杂的岩土介质,而且包括了性质复杂的动力荷载,具有广阔的范围。
土动力学的发展现状及研究进展,主要是从土的动力特性、土体动本构关系,以及土工动力测试理论等几个方面加以论述。
本文主要探讨目前土体动力本构关系、动力分析现状和进展，并进一步指出室内土动力测试的研究方向与重点是试验研究材料的扩大与延伸、复杂应力状态下土动力特性。
【关键词】土动力学;动力特性;动本构关系，土动力测试中国位于世界两大地震活动带(环太平洋及喜马拉雅构造带)之间,地震区域广阔而分散,地震频繁而强烈。
据历史记载,几乎中国各省都曾发生过破坏性地震。
20世纪全球发生的7级以上强震中,中国占35%,有3次震级为8级以上的巨大地震发生在中国。
中国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。
地震使城市房屋、工业厂房与设备、城市建设、交通运输、水电设施及临近的水利工程遭受严重破坏。
建筑物地基液化分析、修筑在地震区的土石坝抗震设计时进行的动力分析,均需要有可靠的设计地震动及地基土或坝料静动力性质的资料。
工程地区的各种地震动参数通常是由地震学家和地震工程学家通过地震危险性分析和设防基岩地震动的研究给出的,而地基土或坝料的静动力性质则由实验室试验得到。
因此,室内土动力试验提供土体的可靠的动强度和动力参数取值是建筑物地基液化分析和土石坝地震动力分析准确性的关键1 土体动力本构关系研究在实验室中以等幅等周期的循环荷载模拟地震动荷载作用于土上,土在受周期荷载作用时,应力应变关系不能以一条单纯的直线或曲线来表达,而是在每一个荷载循环内表现为一滞回圈。
若将土视为粘弹性体,则此滞回圈表达了粘弹性体的能量耗散。
不同荷载循环顶点(具有最大周期剪应力和最大周期剪应变)的连线称为骨架曲线,骨架曲线通常非常接近于单调加载时的应力应变曲线。
建筑工程中的土动力学分析
建筑工程中的土动力学分析土动力学是土力学和岩土力学的分支学科，它研究土体在受到外界作用下的运动和变形规律。
建筑工程中，土动力学分析是非常重要的一项工作，它可以帮助工程师研究土体在施工和使用过程中的变形和破坏情况，为设计和施工提供科学依据。
土动力学的基本原理土体由多种不同颗粒组成，其内部结构呈现出一定的层次性和孔隙结构，这使得土体具有不均匀性和可压缩性。
在外界荷载作用下，土体发生变形，其中包括随着应力增加而逐渐增大的弹性变形和随着应力增大而突然增大的塑性变形（或称为破坏变形）。
土体的弹性模量和泊松比决定了其弹性变形的大小，而内摩擦角和黏聚力则决定了土体的塑性变形大小和破坏模式。
土动力学分析的目的建筑工程中，土动力学分析的目的主要包括以下几个方面：1、分析土体的强度特性以及土体在外界荷载作用下的受力性质。
通过研究这些性质，可以为工程设计提供参考，确定土工材料的可行性和使用范围。
2、分析土体的变形性质和特点，包括弹性变形和塑性变形。
通过研究这些变形性质和特点，可以为工程设计提供关键性的科学依据。
3、研究土体的潜在破坏机理和破坏模式，对建筑工程的安全性进行评估和预测。
通过了解土体破坏的特征和破坏过程，可以对工程施工过程进行监测和安全评估。
4、研究单元板塑性变形和破坏机理，为工程设计提供可靠性评估和优化方案。
建筑工程中的土动力学分析方法土动力学分析是建筑工程中的重要分析方法之一，其分析方法和工具有以下几种：1、有限元分析法这种方法是目前使用最广泛的一种分析方法，它能够同时考虑多个土体的力学特性和变形特性，并精确地分析土体在各个点上的应力和位移状态。
因此，它广泛应用于建筑工程中的地基设计、坡面稳定性分析、基础沉降预测和其他土工问题的分析。
2、数值模拟方法数值模拟方法是一种基于计算机的模拟方法，能够通过模拟土体受力变形的过程，精确描述其受力状态和变形状态。
与有限元分析法相似，数值模拟方法可以模拟土体在不同荷载作用下的变形规律，并预测土体可能的破坏情况。
土的动力特性解读
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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。
• 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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• 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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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• （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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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
பைடு நூலகம்
• 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）。
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。
土动力学(第1章)
从总应力法，到有效应力法； 从单独土的动力特性研究，到考虑土和上部结构的相
互作用； 从简单应力状态，到复杂应力状态； 从室内试验，到现场试验和模型试验。
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本章内容结束， 谢谢大家！
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感谢您的阅读收藏，谢谢！
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土动力学的研究途径
土动力学问题的研究，必须建立在土力学、 地震工程学、结构动力学、土工抗震学等一 系列学科的基础上，并且充分运用现有室内 外试验量测技术，广泛积累原型观测和工程 实录资料，作出理论联系实际的分析，建立 科学的理论方法。目前解决这一问题的途径 有：
一是，建立起一定理论下的计算方法，引入一些表征动力作用和土动力 特性的相应指标，作为动力设计的基础，并在不断地实践中加以检验和 修正；
土动力学
Soil dynamics
骆亚生
二零零八年四月
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第一章 绪论
土动力学的定义 动荷载的类型及其对土体的作用特点 动荷载作用对工程建筑的影响 土动力学的任务、内容与研究途径 土动力学的发展历史与趋势
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什么是土动力学？
土动力学是土力学的一个分支，是研究各种 （由地震、爆炸、海浪以及动力机械等所引起的） 动荷载作用下土的变形强度特性及土体变形稳定 性的一门科学。
①工程建筑中的各种动荷作用及其特点问题； ②动荷所引起的振动和波动及其在土中运动规律问题； ③土的动应力～动应变关系问题； ④土的动强度和动变形问题； ⑤土的振动液化问题； ⑥土动力特性测试设备与测试技术问题； ⑦动荷条件下的地基承载力，土坡稳定及挡土墙土压力问题； ⑧土与结构物的相互作用问题（包括动力机器基础问题）。
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。
研究土的动力特性，就是依据动荷载作用特点，揭示土的动力破坏机理，探求动变形规律，建立动强度、动变形与各个影响因素之间的关系。
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授课时间： 1 ～ 7 周 26 学时 课程性质：考试课 授课教师：王幼青 教材：
《土动力学》张克绪 谢君斐 著
参考书： 《土动力学原理》Braja M.Das 著
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
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。 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，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，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。
4．两种效应的意义 ①两种效应是土的动力性能与静力性能不同的根本原因。 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，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，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。 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，不 同的土类，其动力学性能有明显差别。
1.2 动荷载及其特点
1．动荷载的定义 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： １）只有幅值大小的改变：例如交通荷载。 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。
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 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 的变化，正→负→正 叫一次循环，循环次数是有限的，通常小于1000次。 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，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ环次数非常大，通常大于1000次。
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
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，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，土结构 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。
岩土工程研究所
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 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，土的变形越不能充分发 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，最后 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，动荷载幅值越大土破坏时相 应的动荷载作用次数就越小。
1.3 在动荷载作用下土的速率效应和疲劳效应
1．动荷作用下土的变形特点 ①动荷载的大小是随时间而改变的, 而土的变形需要改变土的结构, 土结构的改 变则需要一个时间过程。这样, 土受某一个大小的荷载作用所持续的时段非常短, 然 后其荷载的大小就改变了, 在这样短的时段内变形不能得到充分发展, 其变形与同样 大小静荷载引起的变形相比要小。 ②如果动荷载是循环荷载，每次循环作用都会使土的结构发生一定的破坏,并且 每一次循环对土的结构破坏作用随动荷载的幅值增加而增大。这样,土在幅值不变的 循环荷载作用下其变形要随作用次数的增加而增大,并且每一次循环作用引起的土的 变形增量要随动荷幅值的增大而增大。
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 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，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：
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——Seed简化法 3．3 场地液化判别方法——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 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
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：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，也要在动荷作用 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： 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。 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。 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 土工结构物中土体的变形和稳定性的一门学科。