土动力学课件

土动力学基础课件第二章振动理论及应用2020(4课时)

振动是质点（或系统）的一种运动形态，是
指物体在平衡位置附近作往复运动。
物理学知识的深化和扩展－物理学中研究质点的振动；工程力学研究研究系统的振动，以及工程构件和工程结构的振动。
自由振动－没有外部激励，或者外部激励除去后，系统自身的振动。
受迫振动－系统在作为时间函数的外部激励下
发生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。
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《土动力学基础》同济大学高彦斌
课堂思考1：经过10个周期测得的幅值比 r=2，将求该系统的阻尼比D。
课堂思考2：如阻尼比D=0.05和0.2，分别评价阻尼比对自振频率的影响。
课堂思考3：如阻尼比D=0.05和0.2，分别评价阻尼比对振幅的影响。
阻尼对振幅的影响要比对自振频率的影响显著的多！
4. 方程解耦
将运动方程解耦成为n个独立的单自由度强迫振动方程，进而求解。
《土动力学基础》同济大学高彦斌
2.9 复杂荷载的处理
《土动力学基础》同济大学高彦斌
求解微分方程的条件之一：简单荷载
对于复杂荷载该如何求解？
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《土动力学基础》同济大学高彦斌
1、傅里叶变换分解法：采用傅里叶变换将复杂荷
临界阻尼系数
《土动力学基础》同济大学高彦斌
过阻尼（D>1）
阻尼比
阻尼的振动的影响决定于阻尼比D，而不是阻尼系数c。
临界阻尼(D=1) 弱阻尼(D<1)
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弱阻尼振动
《土动力学基础》同济大学高彦斌
振幅衰减
对数衰减率
能量衰减率阻尼使系统的频率降低, 周期加长。但阻尼比较小时, 对频率和周期的影响不大。
2.3 质量-弹簧-阻尼系统的自由振动

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。

高等土力学第一章课件

土的动应力-应变关系
土的动力性质分类
地震工程中的土动力学问题
土的动力性质：土的动剪切强度、动压缩强度和阻尼比等地震工程中的土动力学问题：地震引起的土体液化、震陷、滑坡等土的动力学模型：土的动力学本构模型、数值模拟方法等抗震设计方法：基于土动力学原理的抗震设计方法、土体加固技术等
抗震设计方法与措施
土的应力-应变关系
土的应变：土体变形的程度
土的应力：土体受到的压力或拉力
土的应力-应变关系曲线：描述土的应力与应变之间的
关系
土的应力-应变关系的影响因素：如土的种类、含水率、
温度等
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土的强度与稳定性
土的强度
土的强度定义：土体抵抗剪切破坏的极限能力
土的强度分类：天然强度、有效强度、瞬时强度
地下水渗流对工程的影响
排水设计的基本原则和方法
排水设施的种类和特点
排水设施的布置和设计要点
排水设施的施工和维护
渗流对土体稳定性的影响
渗流现象及其产生原因渗流对土体稳定性的影响土体排水与加固措施实际工程中的应用与案例分析
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土的动力性质与地震工程
土的动力性质
土的动强度
土的动变形
土力学的基本原理和概念土力学在土木工程中的应用范围土力学在土木工程中的具体应用案例高等土力学在土木工程中的重要性
高等土力学在水利工程中的应用
水利工程中的土压力问题：介绍土压力的产生、分类和计算方法，以及在水利工程中的应用。
水利工程中的渗流问题：介绍渗流的基本原理、计算方法和在水利工程中的应用，包括堤坝、水库等。
土的物理性质
土的分类：根据土的颗粒大小、矿物成分、结构等特点进行分类土的物理性质指标：包括密度、含水量、孔隙率、塑性指数等，用于描述土的物理性质土的力学性质：包括抗剪强度、压缩性、渗透性等，用于描述土在力作用下的行为土的工程分类：根据土的工程性质和特点，将土分为不同的类型，以便于工程设计和施工

第11章土的基本动力特性 PPT

粘性土的动强度及其影响因素在三轴试验中，首先使土样固结，再在不排水条件下施加静轴向荷载，等变形稳定后再加循环轴向荷载，在多次循环后达到破坏。
结论：循环反
复加载使土的刚度降低。
加载时间对粘性土强度的影响
循环加载方式土样45°面上的剪应力
循环强度比与初试应力比的关系
循环强度比定义为土的循环强度与土的静强度之比值
往返三轴试验中土中静应力和循环应力的模拟
典型试验结果表明，随着往返轴向应力的施加，孔隙水压力逐渐增长，最终达到初始围护压力，从而产生约5%的双幅轴向应变。这样的状态称为初始液化。
在往返三轴试验中，通常把同样产生5%双幅轴向应变作为循环软化或液化的标准。
砂性土的循环强度或抗液化强度
饱和砂土的抗液化强度主要受初始围护压力的大小，循环应力幅值，循环应力往返次数和砂土的相对密度或孔隙比的影响。
砂土液化或循环软化
侧面变形受约束的空心圆柱土样侧向应力和累积孔
隙压力的变化
侧向变形无约束的扭转剪切试验：
不排水条件下施加往返扭转应力，土样既可以发生竖向也可以发生侧向变形。模拟饱和砂土存在的倾斜地面斜坡、堤坝等。
侧向应力和累积孔隙压力的变化
循环软化或液化的定义：
在往返三轴试验的不同加载阶段土样的应力状态如图，先在均等固结压力下固结，然后在不排水条件下施加轴向压力。
压实功能：指压实单位体积土所消耗的能量，可用下式表达：
E WdNn V
从压实曲线中看出，压实功能越大，得到的最后含水量越小，相应的干密度越大。
同一种土，最优含水量和最大干密度并不是恒定不变的，而是随着压密功能而变化的。
不同压实功能的击实曲线

土壤水动力学PPT课件

其中f是分布函数，ei是沿第i个方向的微观速度。
.
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04 图像处理和数值建模
流体粒子的运动由流和碰撞组成：
.
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04 图像处理和数值建模
参数c定义为δx/δt，其中δx是晶格间距，δt是时间步长，t是与运动粘度有关的无量纲弛豫时间
LB方程恢复了下面的宏观Navier-Stokes方程：
.
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i被定义为（0，±1，±1）; 当对i
= 15 ... 18时，i被定义为（±1，0，
±1）。如左图
格子Boltzmann方法中的d3Q19晶格结构
.
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04 图像处理和数值建模
采用D3Q19 LB模型（三维空间中的19个速度方向）模拟体积为400×400×400三维像素（图片尺寸 1.48×1.48×1.48 mm）的水流量。宏观流体密度ρ和速度u可以定义为
了20％到30％，并且导致更均匀的孔隙水速度分布。此外，LB模拟结
果表明，试验样品的渗透性和弯曲性具有很强的各向异性，这很难通
过传统的实验来确定。
SR-mCT是获得高分辨率孔结构信息的非破坏性方法，LB方法可直接
应用于该方法。借助GPU并行计算，可以在给定的处理时间内分析更多
的土壤样本。这项研究是首次结合SR-mCT和高性能LB模拟来研究生物
左图还显示了速度分布的多样性
降低，表明生物碳加入也减少了
半对数坐标轴上速度分布的概率密度函数（PdFs）。U，红土; UB，红土+生物碳; V，黑土; VB，黑土+生物碳。
孤立和死亡孔隙的数量。
.
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05 结论与讨论
为了计算不同尺度下的渗透率， LB模拟在整个域中心的增量尺度子域上进行。渗透系数k的模拟结果如右图所示。对于小尺度（<200）的黑土样品而言，渗透性未显示在左图中，因为这些渗透性不能进行水流模拟。生物碳的加入将土壤渗透性至少提高了一个数量级。来自红土对照的两种聚集体（重复）的模拟渗透性值比来自黑土对照的两个重复样品的模拟渗透性值更接近。当尺寸大于 200 和 300 （无量纲）或线性尺寸分别为 0.74 和 1.11mm 时，加入生物碳的红土和没加生物碳的黑土的透光度几乎相同。

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(第7章)

地震前兆是与地震孕育和发生相关联的异常现象。由于地震的孕育和发生是很复杂的自然现象，因此在这个过程中将出现地球物理学、地质学、大地测量学、地球化学及至生物学、气象学等多学科领域中的各种异常现象。经过系统的清理和研究，自1966年邢台地震以来,我国已在70 多次中强以上地震前记录到 1000 多条前兆异常。这些前兆异常可归为十大类，即地震学、地壳形变、重力地磁、地电、水文地球化学、地下流体（水、汽、气、油）动态、应力应变、气象异常以及宏观前兆现象。每一类前兆又包含多种监测手段和异常分析项目。如地壳形变包含有大面积水准测量、断层位移测量、海平面观测、湖面观测、地面倾斜观测等手段。
2011-1-8 水利与建筑工程学院 9
第三节地震的产生和类型
人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。地震波发源的地方，叫作震源。震源在地面上的垂直投影，叫作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于 70公里的叫浅源地震，深度在70-300公里的叫中源地震，深度大于300公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。如1976年的唐山地震的震源深度为12公里。
第五节地震的名词概念
有感地震、有感地震、无感地震
什么是有感地震？震级大于3级到小于4.5级，人们感觉到的地震，称为有感地震。什么是无感地震？一般来说，震级小于3级，人们感觉不到的地震，称为无感地震。
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第五节地震的名词概念
地震的定量描述
极震区：震中附近振动最大，也就是破坏最严重的地区，叫极震区；等震线：在地图上把地面破坏程度相似的各点连接起来的曲线，叫等震线。宏观震中：地面破坏最强烈的地方，往往不是震中所在处，而是在稍微离开震中一些的地方，这里常称为宏观震中。地震波：地震时，地下岩层突然破裂、错动所产生的震动，以弹性波形式把能量从震源向四面八方传播出来，这种波称为地震波。震中距、震源距：地面上其他地点到震中的距离，叫震中距；到震源的距离叫震源距。震源机制：地震震源处地球介质的运动方式。