2.7 土的动力特性(压实特性)
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。
土力学第十章 土的动力性质和压实性
第十章 土的动力性质和压实性第一节 土在动荷载作用下的变形和强度特性一、作用于土体的动荷载和土中波车辆的行驶、风力、波浪、地震、爆炸以及机器的振动，都可能是作用在土体的动力荷载。
这类荷载的特点，一是荷载施加的瞬时性，二是荷载施加的反复性（加卸荷或者荷载变化方向）。
一般将加荷时间在10s 以上者都看做静力问题，10s 以下者则应视作动力问题。
反复荷载作用的周期往往短至几秒、几分之一秒乃至几十分之一秒，反复次数从几次、几十次乃至千万次。
由于这两个特点，在动力条件下考虑土的变形和强度问题时，往往都要考虑速度效应和循环（振次）效应。
考虑速度效应时，需要将加荷时间的长短换算成加荷速度或相应的应变速度，加荷速度的不同，土的反应也不同。
如图10-1所示，慢速加荷时，土的强度虽然低于快速加荷，但承受的应变范围较大。
循环（振次）效应是指土的力学特性受荷载循环次数的影响情况。
图10-2是说明振次效应的一个实例，土中f σ表示静力破坏强度，d σ为动应力幅值，s σ是在加动应力前对土样所施加的一个小于f σ的竖向静偏应力。
由图可见，振次愈少，土的动强度愈高。
随着动荷载反复作用，土的强度逐渐降低，当反复作用10次时，土样的动强度（s d σσ+）几乎与静强度f σ相同，在加大作用次数，动强度就会低于静强度。
所以，对于动荷载，除了必须考虑其幅值大小以外，尚应考虑其说包含的频率成分和反复作用的次数。
当汽车通过路面或火车通过轨道时，将动荷传到路基上，它们荷载的周期不规则，可从0.1s 到数分钟，其特点是反复多次加荷，而且循环次数很多，往往多达10³次以上。
因此必须从防止土体反复应变产生疲劳的角度考虑其性质变化。
地震荷载也是随机作用的动荷载，一般为0.2~1.0s 的周期作用，但次数不多。
位于土体表面、内部或者基岩的振源所引起的土单元体的动应力、动应变，将以波动的方式在土体中传播。
土中波的形式有以拉压应变为主的纵波、以剪应变为主的横波和主要发生在土体自由界面附近的表面波（瑞利波）。
2.7 土的动力特性(压实特性)
土力学讲座系列四
3 2020/2/3
击实试验
土力学讲座系列四
轻型：粒径小于5毫米
V 947cm3 G 2.5Kg
H 30.5cm
25下，分三层击实
重型：粒径小于40毫米
V 2104cm3 G 4.5Kg
H 45.7cm
56下，分5层击实
2.7 土的动力特性（土的压实特性）
贵州大学土木工程建筑学院
Байду номын сангаас
土力学讲座系列四
1 2020/2/3
土的压实性
人们很早就用土作为建筑材料，而 且 知 道 要 把 松 土 击 实 。 公 元 前 200 多年，我国秦朝修筑驰实（行车大 道），就有用“铁锥筑土坚实”的 记载，说明那时人们已经认识到土 的密度和土的工程特性有关。
料在相同击实功能下 的最大干密度和最有 含水率不同。对于轻
wop wop 1 P5 wab P5
型击实试验，可按下
式修正
土力学讲座系列四
12 2020/2/3
土的振动液化-----**砂土的液化
液化：任何物质转化为液体的行为或过程
砂土液化：砂土在突发的动荷载作用下，不 能在短时间排水固结，为抵抗剪力引起的体 积缩小的趋势，将产生很大的孔隙水压力， 从而导致土体的抗剪能力完全丧失的现象。
土力学讲座系列四
2 2020/2/3
土的压实性
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程 度的性质。
土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有 足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施 工中常常需要压密填料，以提高土的密实度 和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表 示。
团支部书记满意度测评相关材料
团支部书记“背靠背”满意度测评表备注：1．请在“等次”栏中选择其中一项打“√”，多选或不选均为无效。
2．选择“不满意”类别的，需要选择具体分项或者填写其他具体原因，此栏可以多选或填写不满意操作流程（1）将票箱和测评表分别置于独立的投票区域和填写区域，如教室讲台、会场主席台等；（2）组织团员逐一到填写区域单独填写测评表，其他人员应远离填写区域；（3）团员将填好的测评表投入票箱后迅速离开投票区域；（4）工作人员抖动摇晃票箱，打乱票箱里的测评表投票顺序后再取出。
(5)由唱票进行唱票;(6)由记票员统计票数;(7)将统计表和测评表交由组织规干事处团支部“背靠背”满意度测评线下测评主持词（范本）（以集中测评为例）团员青年们：大家上午好！我是××团委×××。
按照××团委的统一部署，今天我代表××团委主持对××团支部的××同志进行“背靠背”满意度现场集中测评。
开展团支部书记“背靠背”满意度测评，是落实全面从严治党、从严治团要求，进一步加强团支部书记队伍建设的重要举措。
一是能够倒逼团支部书记增强服务意识，主动提升自身服务团员的工作能力。
二是能够进一步深化“团支部书记工作满不满意团员说了算”评价机制，让团员当主角，充分行使监督评价权。
为什么要“背靠背”呢？就是要确保每名团员真实表达自己的意愿，客观公正地对自己所在支部的书记进行评价。
按照相关规定，请工作人员清点参加测评的人数。
（工作人员清点后向主持人报告）本次测评应到团员××人，实到团员××人，符合测评工作要求（参评团员达到总数的三分之二及以上为有效），可以开展测评。
本次满意度测评共有以下议程：一是全体参会人员奏唱团歌；二是现场进行满意度测评；四是请××同志（同级党组织负责人或上级团委负责人，也可由主持人直接点评）进行点评。
第2章 土的性质及工程分类-2
标准灌入试验装置
1.标准灌入试验：击锤 63.5kg，落距 76cm，贯入深度30cm；适用于砂土、饱和砂土 2.轻型触探试验：击锤 10 kg，落距 50cm，贯入深度30cm；适用于粘土、粉土、素填土
3.重型触探试验：击锤 63.5 kg，落距 76cm，贯入深度10cm；适用于碎石土和卵石土
标准贯入击数
定义: 63.5kg重锤，760mm落距下落，将标准 贯入器击入土中，累计深度达300mm时需要的锤 击数,记做N63.5。 提示: 反映了贯入的难易程度，从而反映了贯 入阻力的大小。 而贯入阻力主要取决于土的密实度，因而采用 该参数可有效地衡量现场土层中无粘性土的密 实度。 特点：依据统一的试验规程，采用标准贯入试 验设备，测定的参数值具有可比性，因而广泛 应用于工程勘探。 标准：见铁道规范，建筑地基基础设计规范。
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
e
1
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
d max
d s w
1 0.67
ms 2 1.45 g / cm 3 V d s w 1 0.86
水力梯度，即沿渗流方向 单位距离的水头损失
二、达西定律适用范围与起始水力坡降
达西定律
讨论：
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
v ki
v v=ki O
密实的粘土，需要克 服结合水的粘滞阻力 后才能发生渗透;同 时渗透系数与水力坡 降的规律还偏离达西 定律而呈非线性关系
砂土
v
i 虚直线简化
土的水理性质与土的压实—土的压实特性(工程岩土课件)
轻型击实仪 重型击实仪
锤质量 （g）
锤底直 径
（mm）
落距 （mm）
击实筒尺寸
内径
高度 体积
（mm） （mm） （mm）
2500±5 50±0.5 300±2 100.00 127 1000
4500±5 50±0.5 450±2 150.00 125 2209
一、土的击实试验
一、土的击实试验
• 1、将含水率为一定值的土样分层装入击实 筒内，每铺一层后根据规定的击实次数和 落距锤击一定的次数；
三、影响击实效果的因素
➢1、土的性质：黏性土还是砂土？ ➢2、土的含水率：高还是低？ ➢3、土的击实功：多还是少？
1、土的特性
在同一击实功能条件下，不同土类的击实特性是 不一样的。 （1）含粗粒越多的土样最大密度越大，而最佳含水 率越小； （2）颗粒级配良好的土容易被压实，颗粒级配均匀 则最大干密度偏小。
在一定夯击能量下填土最易压实并获得最大密实度的含水率称为土的最优含水 率wop，对应最大干密度ρdmax
黏性土压实标准
a. 土的最优含水率ωop采用室内标准击实试验确定。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（压实系数K）控制（作为填方密度控制标 准）
2、含水率的影响
2.0
d(g/cm3)
1.6
1.4
wop=12.1
0 4 8 12 16 20 24 28 含水率w(%)
3、击实功对击实特性的影响
根据同一种土样在不同击实功能作用 下所得的压实曲线： （1）土料的最大干密度和最优含水 率不是常数； （2）仅靠增加击实功能来提高土的 最大干密度的作用是有限的。 （3）可选夯实、碾压、振动等；碾 压对黏性土比较合适。
2.7+土的压实性
压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性
研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度 击实方法： 室内击实试验 现场试验: 夯打、振动、碾压
§2 土的物性与分类
§2.7 土的压实性
一. 室内击实试验
二. 细粒土的压实性
三. 粗粒土的压实性
§2 土的物性与分类 一. 室内击实试验
§2.7 土的压实性
c. 击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适
§2 土的物性与分类 §2.7
4. 压实标准
土的压实性 二. 细粒土的压实性
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）
24 28
ω ωop, ρ d ρdmax ω< ωop , ρ d< ρdmax ω> ωop , ρ d< ρdmax
•水膜润滑作用效果最佳; •尚没有形成封闭气泡，气易于排出; •颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 •水膜润滑作用不明显; •封闭气泡难以排出; •增加水的相对含量
§2 土的物性与分类 §2.7
土
§2 土的物性与分类 §2.7 二. 细粒土的压实性
1.击实曲线 2.理论分析 3.影响因素 4.压实标准
土的压实性
§2 土的物性与分类
二. 细粒土的压实性 §2.7 土的压实性 2.0
1.击实曲线
最大干密度 特点： 最优含水量
干密度d(g/cm3)
dmax=1.86
1.8 1.6 1.4 0 4 8
2.理论分析 3.影响因素 4.压实标准 1.击实曲线
土的动力性质
土的动力性质正文动力作用下的土的力学性能。
当土的应变（纵向应变或剪应变）在10-6～10-4范围（如由于动力机器基础、车辆行驶等所引起的振动）时，土显示出近似弹性的特性；当应变在10-4～10-2范围（如打桩、中等程度的地震等所引起的振动）时，土具有弹塑性的特性；当应变达到百分之几的量级（如0.02～0.05）时，土将发生振动压密、破坏、液化等现象。
因此，土的主要动力特性通常以10-4的应变值作为大、小应变的界限值。
在小应变幅情况下，主要是研究土的动剪切模量和阻尼；在大应变幅情况下则主要研究土的振动压密和动强度问题；而振动液化则是特殊条件下的动强度问题。
所以，土的动力性质主要是指动剪切模量、阻尼、振动压密、动强度和液化（见砂土液化）等五个方面。
土的动剪切模量小应变幅的动剪切模量常用野外波速法和室内共振柱试验测定，也可用经验公式估算。
波速法根据所测得的从振源到拾振器之间的距离和剪切波（或压缩波）到达拾振器所需要的时间来计算剪切波波速v s，则得：(1)式中G d为土的动剪切模量；ρ为土的质量密度。
波速法按其激振和接收方式的不同，有表面波波速法、上孔法、下孔法和跨孔法（两个或更多个钻孔）等，以后者用得较多（见工程地球物理勘探）。
共振柱法在实心或空心的圆柱形土样上施加纵向振动或扭转振动，并逐级增大驱动频率，直到试样发生共振为止。
根据一端固定、一端自由的端部条件，并忽视端部激振器的质量，可得G d＝16f2l2γ/ɡ(2)式中f为扭转振动时的共振频率；l为试样的高度；γ为土的容重；ɡ为重力加速度。
影响土的动剪切模量的变量有剪应变幅、有效平均主应力、孔隙比、颗粒特征、土的结构、应力历史、振动频率、饱和度和温度等，其中有几个变量是相互联系的（如土的孔隙比、结构和颗粒特征）。
对小应变幅动剪切模量，剪应变幅的影响可以忽略。
对于净砂，在小剪应变幅（小于10-5）的情况下,动剪切模量主要是孔隙比和有效平均主应力的函数。
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土力学讲座系列四
13 2013-11-13
影响土体液化的主要因素
土的类别 土的密度 土的初始应力状态 往复应力强度与频率
土体液化判别及防治措施
土力学讲座系列四 14 2013-11-13
1 1 P5
d max
P5 wGs 5
wop wop 1 P5 wab P5
土力学讲座系列四
12 2013-11-13
土的振动液化-----**砂土的液化
液化：任何物质转化为液体的行为或过程 砂土液化：砂土在突发的动荷载作用下，不 能在短时间排水固结，为抵抗剪力引起的体 积缩小的趋势，将产生很大的孔隙水压力， 从而导致土体的抗剪能力完全丧失的现象。
8 2013-11-13
土力学讲座系列四
影响土的压实性的因素
1.
击实功能的影响
实验室中的击实功能是用击数来反映的，对 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干 密度也小，最优含水率大；压实功能大，则 能达到的最大干密度也大，最优含水率小
2.
用同一种土料在不同含水率下分别用不同的 击数进行击实试验，就能得到一组随击数而 异的含水率与干密度关系曲线。
3 2013-11-13
土力学讲座系列四
击实试验轻型：粒ຫໍສະໝຸດ 小于5毫米H 30.5cm
V 947cm3 G 2.5Kg
25下，分三层击实
重型：粒径小于40毫米
V 2104cm3 G 4.5Kg
H 45.7cm
56下，分5层击实
土力学讲座系列四 4 2013-11-13
击实仪
土力学讲座系列四
5 2013-11-13
现场压实－－地基处理
土力学讲座系列四
6 2013-11-13
土力学讲座系列四
7 2013-11-13
影响土的压实性的因素
含水率的影响
对同一种土料，分别在不同的 含水率下，用同一击数将他们 分层击实，测定土样的含水率 和密度，然后以含水率为横坐 标，干密度为纵坐标，绘制击 实曲线。 从图中可以看出，当含水率较 小时，土的干密度随着含水率 的增加而增大，而当干密度增 加到某一值后，含水率继续增 加反而使干密度减小。干密度 的这一最大值称为该击数下的 最大干密度，此时对应的含水 率称为最优含水率。
的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填 料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则 填土遇水后容易引起湿陷。
土力学讲座系列四 10 2013-11-13
影响土的压实性的因素
土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土 的粘粒含量越高或塑性指数越 大，越难于压实 对于无粘性土，含水率对压实 性的影响没有像粘性土那么敏 感，其击实曲线与粘性土是不 同的，在含水率较大时得到较 高的干密度。因此在无粘性土 的实际填筑中，同时需要不断 洒水使其在较高含水率下压实。 无粘性土的填筑标准，通常是 用相对密实度来控制的，一般 不进行击实试验 级配良好的土易于压实，反之 则不易压实
9 2013-11-13
土力学讲座系列四
影响土的压实性的因素
1、土料的最大干密度和最
优含水率不是常数。最大干 密度随击数的增加而逐渐增 大，最优含水率则逐渐减小。 但是这种增大或减小的速率 是递减的，因而光靠增加击 实功能来提高土的干密度是 有一定限度的。
2、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度
土力学讲座系列四
2 2013-11-13
土的压实性
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程 度的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有 足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施 工中常常需要压密填料，以提高土的密实度 和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表 示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
2.7 土的动力特性（土的压实特性）
贵州大学土木工程建筑学院
土力学讲座系列四 1 2013-11-13
土的压实性
人们很早就用土作为建筑材料，而
且知道要把松土击实。公元前200 多年，我国秦朝修筑驰实（行车大 道），就有用“铁锥筑土坚实”的 记载，说明那时人们已经认识到土 的密度和土的工程特性有关。
土力学讲座系列四
11 2013-11-13
影响土的压实性的因素
粗粒含量的影响
由于击实仪尺寸的限 制，实际试验中可能 剔除超出粒径的部分， 然后进行试验。这样 测得的最大干密度和 最有含水率与实际土 料在相同击实功能下 的最大干密度和最有 含水率不同。对于轻 型击实试验，可按下 式修正
d max