第九章 土在动荷载作用下的特性.
第九章 土在动荷载作用下的特性
土处于悬浮状态似水的性质
土的振动液 化
抗剪强度完全丧失
研究土在各种动荷载作用下的强度和变形特性、振动 波在土中传播的规律，以及地基和土工建筑物的动力分析 和工程抗震问题。
动荷载作用下的变形、强度以及液化的规律，比静荷 载作用下的更复杂，更难把握，因而也就更不成熟，更有 发展余地. 砂土振动液化是动力分析中的一个重要课题。
当土体受到如地震、爆破、机械震动、车辆运行等动力作 用时，土内产生新的压力而引起土的变形。
（2）振动力作用下的抗剪强度 振动力作用下土的抗剪强度降低，对砂土来说尤为显著。
因为在振动力作用下，砂土颗粒间摩擦力降低，当振动加速 度达到某一起始加速度时，砂土的强度随着加速度增大而不 断降低。
动荷载对一般粘性土的强度影响不大，而对饱水软粘土 如淤泥及淤泥质亚粘土、粘土等则影响显。在振动作用下饱 和软粘土的结构会遭到破坏，而使其强度及粘滞性剧烈降低。
动力荷载作用大小由于随时间 变化而发生改变，将对地基土体产 生不同的效应。如速率效应与循环 效应等。在循环效应的影响下，即 使很小的应变仍能引起土体的破坏， 其根本原因在于土体的抗剪强度的 降低。
1）土的强度降低； 2）地基产生附加沉降； 3）砂土与粉土的液化； 4）粘性土产生蠕变。
9.1.3 土动力学问题
9.2 土在动荷载下的性质
➢ 变9.形2.3土对地震荷载反应的主要表现
• 往返变形和永久变形 ➢ 孔隙水压力
• 加静载时，土内可能产生负的孔压；加动载时孔压总是 增高的。
• 饱和砂土地震时孔压上升至静的有效正应力，会导致砂 土液化。是否液化主要取决于土的密度。
• 粘性土地震时可以增量很小原因在于粘性土颗粒之间的 连接的电化学本质。
潘正风《数字测图原理与方法》(第3版)课后习题及详解(土在动荷载作用下的特性)【圣才出品】
第十一章土在动荷载作用下的特性1．试分析土料、含水量以及击实功能对土压实性的影响。
答：（1）土料：含粗粒越多的土样其最大干密度越大，而最优含水量越小，级配不良的土，压实后其干密度要低于级配良好的土。
（2）含水量：对较干的土进行夯实或碾压，不能使土充分压实；对较湿的土进行夯实或碾压，非但不能使土得到充分压实，此时土体还极易出现软弹现象；只有当含水量控制为某一适宜值，才能得到充分压实。
（3）击实功能：对于同一土料，加大击实功能，能克服较大的粒间阻力，会使土的最大密度增加，而最优含水量减小。
2．黏性土和粉土与无黏性土的压实标准区别何在？答：（1）砂土：无塑性，但透水性良好，毛细水上升高度很小，具有较大的摩擦系数，修建的路基，强度高，水稳定性好，不膨胀，是良好修筑路基的材料。
但黏结性小，易于松散，容易产生较深车辙。
（2）粉性土：干时虽然有黏结性，但易被压碎，扬尘大，遇水时，易成流体状态，毛细水上升高度大，在季节性冰冻地区容易造成冻胀、春时翻浆，是最差的筑路材料。
（3）粘性土：透水性差，粘聚力大，干时坚硬。
具有较大的可塑性，黏结性和膨胀性，毛细管现象也很显著，用来修筑路基，比粉土好，但不如砂土。
如在适当的含水量下充分压实和有良好的排水设备，筑成的路基也能获得稳定。
3．试述土的振动液化机理及其影响因素。
答：（1）土特别是饱和松散砂土、粉土，在振动荷载作用下，土中（超）孔隙水压力逐渐累积，有效应力下降，当孔隙水压力累积至总应力时，有效应力为零，土粒处于悬浮状态，表现出类似于水的性质而完全丧失其抗剪强度。
（2）土液化的影响因素主要有土类、土的初始密实度、初始固结压力、往复应力强度与次数等等。
4．为什么黏性土和砾石土一般难以发生液化？答：粘性土具有粘聚力，即使超孔隙水压力等于总应力，有效应力为0，抗剪强度也不会完全消失，因此一般难以发生液化；砾石等粗粒土因为透水性大，在振动荷载作用下超空隙水压力能迅速消散，不会造成孔隙水压力积累至总应力而使有效应力为0，也难发生液化。
2012土力学名词解释
2012⼟⼒学名词解释《⼟⼒学》名词解释09级考试，名词解释：1.液性指数 2.压缩模量 3.达西定律 4.最优含⽔率 5.被动⼟压⼒6.超固结⽐7.固结度8.不均匀系数9.砂⼟相对密实度 10.临塑荷载马亢班⼩测，名词解释：1.管涌 2.先期固结压⼒ 3.塑性指数 4.灵敏度 5.超固结⽐ 6.压缩系数 7.不均匀系数 8.相对密实度 9。
渗透系数第⼀章⼟的组成（王志磊）1. d60—⼩于某粒径的⼟粒质量占⼟总质量60％的粒径，称为限定粒径（限制粒径）；d10—⼩于某粒径的⼟粒质量占⼟总质量10％的粒径，称为有效粒径；2.不均匀系数C u : ⼩于某粒径的⼟粒质量占⼟总质量60％的粒径与⼩于某粒径的⼟粒质量占⼟总质量10％的粒径的⽐值。
即C u =d 60/d 10.3.曲率系数C c ：C c =d 230/(d 60*d 10).4.⽑细⽔：受到⽔与空⽓交界⾯处表⾯张⼒的作⽤、存在于地下⽔位以上的透⽔层中⾃由⽔5.结合⽔－指受电分⼦吸引⼒作⽤吸附于⼟粒表⾯的⼟中⽔。
这种电分⼦吸引⼒⾼达⼏千到⼏万个⼤⽓压，使⽔分⼦和⼟粒表⾯牢固地粘结在⼀起。
结合⽔分为强结合⽔和弱结合⽔两种。
6.强结合⽔：紧靠⼟粒表⾯的结合⽔，其性质接近于固体，不能传递静⽔压⼒，具有巨⼤的粘滞性、弹性和抗剪强度，冰点为-78度，粘⼟只含强结合⽔时，成固体状态，磨碎后成粉末状态。
7.弱结合⽔:强结合⽔外围的结合⽔膜。
8.⼟的结构:指⼟粒单元的⼤⼩、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。
⼟的结构和构造对⼟的性质有很⼤影响。
9.⼟的构造:物质成分和颗粒⼤⼩等都相近的同⼀⼟层及其各⼟层之间的相互关系的特征称之。
第⼆章⼟的物理性质及分类（杨少鹏，李顺时）1.⼟的含⽔量：⼟中⽔的质量与⼟粒质量之⽐(⽤百分数表⽰)。
2⼟粒相对密度（⽐重）：⼟的固体颗粒质量与同体积4℃时纯⽔的质量之⽐。
3.⼟的密度：⼟单位体积的质量称为⼟的（湿）密度。
土力学总结
土力学第一章土的物理性质及工程分类1.土的特点:碎散性、三相性(固,液,气) 、天然性(自然变异性)或成层性.2.土粒大小是影响土的性质最主要因素.土性取决于颗粒的形状,大小和矿物成分.3.常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和三角坐标法.1).表格法.表格法是以列表形式直接表达各粒组的百分含量.它用于粒度成分的分类是十分方便的.2)累计曲线法.该方法是比较全面和通用的一种图解法,适应于各种土级配好坏的相对比较.由累计曲线的坡度可以大致判断土粒的均匀程度或级配是否良好.3)三角坐标法.三角坐标法只适用于划分三个组粒的情况.4.研究土中水必须考虑到水的存在状态及其土粒的相互作用;存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类.结合水是指受电分子吸引力吸附在土粒表面的土中水.自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水.5.土中气:土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位.含气体的土称为非饱和土,非饱和土的工程性质研究已形成土力学的一个热点.6.我们把粘土颗粒在直流电作用下向阳极移动的现象称为电泳;而水分子向阴极移动的现象称为电渗.7.双电层的厚度既取决于颗粒表面的带电性,又取决于溶液中阳离子的价数.8.粘土间的相互作用力:(1)粒间吸引力土粒间吸引力主要来源于分子间的范德华力.(2)土粒间排斥力9.土的结构:是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征.10.土的构造:土中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分土层之间的相互关系的特征.11.反映土轻重程度的指标:(1)土的天然密度ρ.ρ=m/V (2)土的干密度ρd =m s/V. (3)土的饱和密度ρsat=m s+Vvρw/V (4)土的浮密度ρ′(5)土粒的相对密度12.反映土松密程度的指标(1)孔隙比e:土中孔隙体积与土粒体积之比(2)孔隙率n :土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示.13.反映土含水程度的指标(1)土的含水率ω:土中水的质量与土颗粒质量之比,称为土的含水率,以百分数计.14.影响压实效果的因素:土类、级配、压实功能和含水率,另外土的毛细管压力以及孔隙压力对土的压实性也有一定影响.第二章土中水的运动规律1.孔隙中的自由水在重力(水位差)作用下,发生运动(从土内孔隙中透过)的现象叫渗透.2.土体具有被水透过的性质称为土的渗透性或透水性.3.渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类:一是因渗流力的作用,使土体颗粒流失或局部土体产生移动,导致土体变形甚至失稳,如深基坑中流沙和管涌现象;二是由于渗流作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体或结构失稳.4.渗流力:水在土中渗流时,受到土颗粒的阻力T的作用,这个力的作用方向与水流方向相反.5.流沙现象:土颗粒之间的压力等于零,土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定.6.流沙现象的防治原则:(1)减小或消除水头差,如采取基坑外的井点降水法降低地下水位或水下挖掘;(2)增长渗流途径,如打板桩;(3)在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力;(4)土层处理,减小土的渗透系数,如冻结法、注浆法等.7.管涌现象:水在砂性土中渗流时,土中的一些细小颗粒在渗流力作用下,可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走,这种现象称为管涌.8.防治管涌现象,一般从下列三个方面采取措施:(1)改变几何条件,在渗流逸出部位设反滤层是防止管涌破坏的有效措施;(2)改变水力条件,降低水力梯度,如打板桩等;(3)土层处理,减小土的渗透系数.9.流网是由一组流线和一组等势线相互正交组成的网格.流网具有以下特征:(1)流线与等势线相互正交.(2)流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数.(3)相邻等势线之间的水头损失相等.(4)各个流槽(即各相邻两流线间)的渗流量相等.10.土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着孔隙向上及其他地方移动的现象.这种细微孔隙中的水被称为毛细水.11.影响冻胀的因素:(1)土的因素(2)水的因素(3)温度的因素(4)外载荷的因素第三章土中应力计算1.土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种.土中应力按其作用原理或传递方式可分为有效应力和孔隙应力两种.2.土体的应力-应变关系:(1)土的连续性假定(2)土的线弹性假定(3)土的各向同性假定3.土中某点的自重应力与附加应力之和为土体总的应力.4.在土力学中,正应力以压为正,拉为负.剪应力以逆时针为正.5.地下水位升降,使地基土中自重应力也相应发生变化.6.基底附加压力是指超出原有地基竖向应力的那部分基底压力,也即是作用在基础底面的压力与基底处建造前土中自重应力之差.7.有效应力原理:计算土中应力的目的是为了研究土体受力后的变形和强度问题.8.土中有效应力是指土中固体颗粒(土粒)接触点传递的粒间应力.9.存在土体中某点的总应力有三种情况,即自重应力附加应力、自重应力与附加应力之和.10.有效应力原理:(1)饱和土中任意点的总应力σ总是等于有效应力加上孔隙水压力;(2)土的有效应力控制了土的变形及强度.第四章土的压缩性与地基沉降计算1.土的三大工程问题:渗流、变形、强度.2.在外力作用下土体体积缩小的特性称为土的压缩性.3.土的压缩通常由三部分组成:(1)固体土颗粒被压缩;(2)土中水及封闭气体被压缩;(3)水和气体从孔隙中排出.4.对饱和土来说,土体的压缩变形主要是孔隙水的排出.5沉降:在建筑物荷载作用下,地基土主要由于压缩而引起基础的竖向位移.6.计算地基沉降时,必须取得土的压缩性指标.土的压缩性指标可以通过室内压缩试验或现场原位试验的方式获得.7.土的变形模量是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值.变形模量是反映土的压缩性的重要指标之一.8.土的弹性模量的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力-应变模量.9.变形顺序:初始沉降、固结沉降、次固结沉降.10.几种沉降计算方法:分层总和法、应力面积法和弹性理论方法.第五章土的抗剪强度1.土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限能力.2.土的c和ф统称为土的抗剪强度指标.3.土的抗剪强度是决定建筑物地基和土工建筑物稳定性的关键因素.4.无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角.5.应力路径是指在外力作用下,土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹.它是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法.第六章土压力与挡土墙1.用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌,保持土体稳定性的一种建筑物,俗称挡土墙.2.土压力是设计挡土墙结构物断面及验算其稳定性的主要外载荷.3.根据挡土墙的方向,大小及墙后填土处的应力状态,将土压力分为静止土压力,主动土压力,被动土压力三种.4.影响土压力的最主要因素:墙体位移条件.5.挡土墙的类型:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及锚杆式挡土墙.第七章地基承载力1.地基承载力是指单位面积上地基所能承受的荷载.2.地基破坏模式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲切破坏三种。
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）。
土的动力特性
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 稳态线的垂直位置主要受粒度的影响，斜率主要 受颗粒形状的影响。如果土所受的静剪应力超过 了稳态强度，土易发生流动液化，但循环液化可 以在静剪应力超过稳态强度的时候发生，也可以 在未超过稳态强度的时候发生，视静、动剪应力 大小间的情况而定。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 四、流动结构与稳态线 • 流动结构：在发生大变形的情况下，土会得到一 种所谓的“流动结构”，处于常值剪应力、常值 有效应力、常值体积和常速度的流动状态。此时， 土的变形只依赖于密度并称之为稳态。 • 稳态时的土所具有的抗剪强度称为稳态剪切强度。 稳态剪切强度虽然一般很低，但却不会等于零。 如果将对应于此情况的密度e、法向有效应力 和 剪切强度τ 在e- -τ 的三维空间坐标内绘出，它 就会形成一条稳态强度线。将其绘于 e log 3c平 面内时，可以得到一条直线并称之为稳态线。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• （3）动荷载作用的持续时间对砂土液化的发展具 有极大的影响。如振动的时间很长，幅值并不很 大的动荷载也可能引起土的液化。 • （4）对于振动作用的方向，试验表明，振动方向 接近土的内摩擦角时抗剪强度最低。 • 4.排水条件 • 排水条件是指土层的透水程度、排水路径、及排 渗边界条件。 • 当在多层地基中有可液化土层存在时，其他土层 对可液化土层的影响主要表现在排渗能力（透水 程度和实际厚度）和层位结构（不同液化势组成 的土层）两个方面。
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土的动力特性规律（二）————振动液化特性
• 振动液化的发生和发展必须同时具备的两个基本 条件： • 1.振动作用足以使土体的结构发生破坏（即振动 荷载较大或砂土的结构强度较小），这是土中产 生动孔压的先决条件； • 2.在土体结构发生破坏后，土粒发生移动的趋势 不是松胀而是压密，这是使动孔压迅速大幅增长 的充分条件。 • 所以说疏松的饱和砂土比密实砂土容易发生振动 液化。（结构不易破坏、孔压下降）
第九章 动荷载
l
R1 R0
转 轴
解:设距叶根为 x 的横截面
m-m 的面积为A(x) 顶 部 d m 叶 根 m x
1 x A( x ) A0 (1 ) 2 l
在距叶根为 处取长为d 的微
l
元,其质量应为
R1 R0
dm r A( )d
转 轴
在距叶根为 处的向心加速度为
2 an ( R0 )
例题9-4
重为G的球装在长L的转臂端部,以等角速度在光滑水平面上绕O点 解:
旋转,已知许用应力[],求转臂的截面面积（不计转臂自重）
（1）受力分析如图
FG 惯性力为
O
FG man 2 Rm 2lG/g
（2）强度条件
l
FG / A
FG 2Gl A [ ] (g[ ])
FNst P rAgx
FNd
a (1 )( P rAgx) g
FNst
m m m
FNd
m
FNd K d FNst
绳索中的动应力为
rAg
x
r Ag r Aa
x
FNd FNst d Kd K d st A A
st为静荷载下绳索中的静应力
强度条件为
P
P
P a g
l
叶 根
FNx
R0
l
0
FNx dx EA(x )
r 2l 3 1
13 2 [( ln 2) R0l ( ln 2)l 2 ] E 4 2 18 3
§9-3 构件受冲击时的应力和变形
当运动着的物体碰撞到一静止的构件时,前者的运动将受阻而在短时间停 止运动,这时构件就受到了冲击作用. 在冲击过程中,运动中的物体称为冲击物
土质学与土力学第10章 土在动荷载作用下的特性
□10.1 土的Байду номын сангаас实性 □10.2 砂土和粉土的振动液化
10.1 土的压实性
10.1.1 土的压实性对工程的意义 土的压实是指采用人工或机械对土施以夯压能量(如夯、
碾、振动等方式),使土颗粒重新排列压实变密,外部的夯 压功能使土在短时间内得到新的结构强度,包括增强粗颗 粒土之间的摩擦和咬合,以及增加细粒土之间的分子引力 以改善土的性质。
这样通过对一个土样的击实试验就得到一对数据,即击实 土的含水量ω与干密度ρd。对一组不同含水量的同一种土样 按上述方法作击实试验,便可得到一组成对的含水量和干重 度,将这些数据绘制成击实曲线,如图10-3所示。击实曲线反 映了在一定击实功作用下土的含水量与干密度的关系。
10.1 土的压实性
图10-3 击实曲线
击实试验是研究土压实性能的室内试验方法,主要设备 是标准击实仪,如图10-1、图10-2所示。击实仪的基本部 分是击实筒和击实锤,前者用来盛装制备土样,后者对土样 施以夯实功能。根据击实土的最大粒径,分别采用两种不 同规格的击实筒,击实筒的规格如图10-2所示。击实试验 方法和相应设备的主要参数应符合表10-1的规定。击实 试验分轻型击实和重型击实。轻型击实试验适用于粒径不 大于20mm的土,重型击实试验适用于粒径不大于40mm 的土。
试筒尺寸
内径/
高/
cm
cm
10
12.7
15.2
17
10
12.7
15.2
17
试样尺寸
高/
体积/
cm
cm3
12.7
997
12
2177
12.7
997
12
第11章 土在动荷载作用下的特性
• 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； • 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。
压实土的特性 • 压实曲线峰值所对应的纵坐标值为最大干密度 ρdmax，对应的横坐标值为最优含水量wop； • 人工压实不是挤出土中水而是挤出土中气来达到压 实目的的； • 当含水量低于最优含水量时，干密度随含水量不同 的变化较大，即含水量变化对干密度的影响在偏干 时比偏湿时更加明显。因此，击实曲线的左段（低 于最优含水量）比右段的坡度陡。
第11章 土在动荷载作用下的特性
本章的主要内容：土的压实性
11.1 概述
• 公路路堤、土坝以及建筑场地的回填土等，都是以土作为建 筑材料。土体由于经过开挖、搬运及堆筑，原有结构遭到破 坏，含水量发生变化，堆填时必然造成土体中留下很多孔隙， 如不经人工压实，其均匀性差、抗剪强度低、压缩性大、水稳 定性不良，往往难以满足工程的需要。因此，研究土的压实性 是土工建筑物的重要课题。 • 某些松软的地基土，由于其强度低、变形大，直接在其上修 建建筑物，不能满足地基承载力、变形的设计要求，需进行加 固处理。可采用换填垫层法加固，通过分层压实改善土的不良 性质。土的压实是在动荷载作用下得到的，提高了土的密实 度，从而土的强度得到提高，土的压缩性减低和透水性变小。
土的力学性质
土的力学性质 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，主要包括压应力作用下体积缩小 的压缩性和在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性， .其次是在动荷作用下所表现 的一些性质。
第一节 土的压缩性 .、土压缩变形的特点与机理土的压缩性指土在压力作用下体积压缩变小的性能。
固、液、气三相组成部分中的各部分体积减小的结果粒相互移动靠拢的结果 ) 。
、压缩试验压缩定律 试验方法 : 室内 现场 据压缩条件 :无侧向膨胀(有侧限)试验 有侧向膨胀(无侧限)试验 主要是室内无侧向膨胀压缩试验 土的无侧向膨胀压缩试验是先用金属环刀切取土样 ,然后将土样连同环刀一起放入 压缩仪内 ,由于土样受环刀和护环等刚性护壁约束 ,在压缩过程中只能发生竖向压缩 , 不可能发生侧向膨胀 .。
试验时 ,通过加荷装臵将压力均匀地施加到土样上 ,压力由小到大逐级增加 ,每级压力 待压缩稳定后 ,再施加下一级压力 ,土的压缩量可通过微表观测，并据每级压力下的 稳定变形量 ,计算出与各级压力相应的稳定孔隙比。
若试验前试样的截面积为 A,土样原始高度为hO ，原始孔隙比eO,当加压P1后土 样压缩量为△ hi, 土样高度E 减小到h1=hO- △ h ,相应孔隙比由0变为e1. 由于土样压缩时不可能产生侧向膨胀 ,故压缩前后横截面积不变 ,加压过程中土的体 积是不变的 .即: A hO/(1+eO)=A(hO- △ h1)(1+ e1) e1=eO -△ h1/hO(H eO)通过试验 ,求的各级压力 Pi 作用下,土样压缩性稳定后相应的孔隙比 ei ，以纵坐标表 示孔隙比e,横坐标表示压力p 。
据压缩试验数据，可绘制出孔隙比与压力的关系曲 线 压缩曲线。
在压力曲线上，P 较小时，曲线较陡。
随P 增大，曲线变缓，。
这表明在压力增量 不变情况下对土进行压缩时 ,其压缩变形的增量是递减的。
1 、压缩系数土的力学性质土受压后体积缩小是土中 (主要是气体、水分挤出、土a=tga=(e1-e2)/ p2- p l)压密定律压密定律表明：在压力变化范围不大时，孔隙比的变化(减小值)与压力的变化(增加值)成正比。
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液化区域
浅基础梁进行加强处理，在局 部液化地基上起到架越作用。
管道设计成柔性连接，能够 适应液化造成的大变形
所有课程全部结束~~
结 论
要持续足够的应力周期才发生液化、土体失去稳定
9.4
防止土液化的工程措施
(1)一般不宜将建筑基础放在未经处理的液化土层上
可液化地基
(2)采用加密法(如挤密、强夯、振冲等)或换土法加固液化土层
振冲法
压密注浆
挤密法
强夯法
振冲法
(3)基础及上部结构采用防止液化不均匀沉降的结构构造措施
筏板基础
地震液化后的涌砂
塞纳河堤在地震液化后的沉陷
1995 神户大地震、日本
地基液化对公路的损坏
地基液化对公路的损坏
9.1.1 动力荷载的类型及特点
静荷载：由零逐渐缓慢增加到结构上的荷载。
动荷载：荷载的大小、方向和作用位置随时间而变化。
周期荷载：荷载随时间t的变化规律可以用正弦或余弦函数表示
冲击荷载：短时间内，荷载急剧增大或缩小，各类爆炸。 随机荷载（非确定性荷载或不规则荷载）：荷载在将来任一时
b）不规则荷载
c）周期荷载
9.1.2
动力荷载对地基土体的影响
动力荷载作用大小由于随时间
变化而发生改变，将对地基土体产 生不同的效应。如速率效应与循环
1）土的强度降低； 2）地基产生附加沉降； 3）砂土与粉土的液化； 4）粘性土产生蠕变。
效应等。在循环效应的影响下，即
使很小的应变仍能引起土体的破坏， 其根本原因在于土体的抗剪强度的
饱和度少有减小，液化应力比明显增大，即容易液化
粒径小于2mm
振动作用下发生液化的饱和土
黏粒含量低于（10-15）% 塑性指数低于7
2.土的初始密度的影响 土的初始密实度越大 土越不易液化
3、土埋藏越深 土越不易液化
4、往复应力强度与次数的影响 往复应力越小 需越多的振动次数才可产生液化
（5～6层）在硬基上反而比较容易损坏
9.3土的振动液化
9.3.1 土的振动液化机理
饱和、松散砂土、粉土 土中孔隙水压力逐渐积累（增大） 土的有效应力降低至为零 土处于悬浮状态似水的性质 土的振动液 化 抗剪强度完全丧失
在荷载作用下
9.3.2 土液化的影响因素
土的初始应力状态
土的类别
内 因 方 面
9.2.4 根据土对地震荷载反应的分类
对地震反应不明显：干砂、压密粘土饱和密实砂；含砾量
>70~80%的砂砾石土等
9.2 土在动荷载下的性质
引起结构物振动 破坏地基 动力机器引起基础过大的振幅（甚至共振）
9.2.5 动荷载作用对工程建筑的影响
高层建筑（20～30层）在软基上容易损坏，而低层建筑
,
1964新舄县中越地震, 日本
地震造成昭和大桥基础移位,桥梁落台.
地震造成的涌砂
1964 阿拉斯加地震，美国
砂土液化造成砂质边坡失稳
路基下的薄 粉砂层和透镜
体液化后造成
粘土路基开裂
1925 圣巴巴拉地震、美国加利福尼亚州
粉质砂土填筑的水库大坝液化坍塌
地震液化后的涌砂
铁路路基涌砂
1989 洛马普列塔 , 美国旧金山
降低。
9.1.3
土动力学问题
研究土在各种动荷载作用下的强度和变形特性、振动 波在土中传播的规律，以及地基和土工建筑物的动力分析 和工程抗震问题。
动荷载作用下的变形、强度以及液化的规律，比静荷
载作用下的更复杂，更难把握，因而也就更不成熟，更有
发展余地. 砂土振动液化是动力分析中的一个重要课题。
当土体受到如地震、爆破、机械震动、车辆运行等动力作 用时，土内产生新的压力而引起土的变形。
（2）振动力作用下的抗剪强度
振动力作用下土的抗剪强度降低，对砂土来说尤为显著。
因为在振动力作用下，砂土颗粒间摩擦力降低，当振动加速 度达到某一起始加速度时，砂土的强度随着加速度增大而不
断降低。
动荷载对一般粘性土的强度影响不大，而对饱水软粘土 如淤泥及淤泥质亚粘土、粘土等则影响显。在振动作用下饱 和软粘土的结构会遭到破坏，而使其强度及粘滞性剧烈降低。
第九章
土在动荷载作用下的特性
本章内容
9.1概述 9.2土在动荷载下的性质
9.3土的振动液化
9.4防治土液化的工程措施
9.1 概述
圣法南度水库（加利福尼亚）大坝在1971年地震时地基液化造成大坝沉陷
工程背景
地震来临的时候， 在砂土地基上会发 生什么?
地 基 液 化 导 致 挡 土 墙 后 土 压 力 增 大 地 基 失 稳
刻的数值无法事先确定，则称为随机荷载。
9.1.1 动力荷载的类型及特点
动荷载的类型
峰值
P0
荷载P
峰值
P0
荷载P
峰值
g
g
g
P (t )
P (t )
P (t )
P0
加速度 加速度(g)
加速度(g)
0 0
0
时间t
0
荷载
0 时间t 时间t
0 P0 P
0
时间t
时间t
t1
t0
t0
t1
t0 时间t
时间t
时间t
a）冲击荷载
增高的。
• 饱和砂土地震时孔压上升至静的有效正应力，会导致砂
土液化。是否液化主要取决于土的密度。
• 粘性土地震时可以增量很小原因在于粘性土颗粒之间的
连接的电化学本质。
9.2 土在动荷载下的性质
对地震反应明显：中等密度或松的饱和砂土；粘粒含量小于 10～15％的饱和砂质粘土或粉质软粘土；含砾量<70~80%， 砂料处于中密或松散状态的砂砾石土等
9.2.1动荷载对地基土的影响
升，强度降低等缘故会导致沉降和滑移
9.2 土在动荷载下的性质
当动荷载很小时，土颗粒之间的联结几乎没有遭到破坏，土
9.2.2土在动荷载作用下的破坏特征
骨架的变形能够恢复，并且土颗粒之间相互移动所损耗的能 量也少，土处于理想的弹－粘性力学状态
随动荷载增大，颗粒之间的联结遭到破坏，土骨架产生不可
往复应力(地震)强度
土的初始密实度
外 因 方 面
往复次数(地震历时)
土的饱和度 地下水位的变化
9.3.2 土液化的影响因素
0.3
饱和度Sr=0.98 0.99
1、土的影响
0.2 液化应力比
Dr=0.45
0.995 0.998 1
塑性指数高的粘土不易液化
0.1
低塑性、无塑性易于液化
0 1 3 10 30 100 往返加荷次数
（1）振动力作用下土的密度
在动力作用下，颗粒活动能力增大，致使土的颗粒间连接
力削弱，土的压缩性增大，特别对砂土来说尤为显著。砂土在 静荷载作用下压缩性小，在一般建筑物荷载下可不予考虑；但 在振动荷载作用下，具有较大的压缩性。 在振动荷载作用下，砂土的压缩、饱和砂的液化及软粘土
的触变为它们的主要动力特性。
土在动力作用下的变形可分为弹性变形与残余变形。当动
荷载强度较小不超过土的弹性极限时，它所引起的变形主要为 弹性变形，弹性模量，泊松比，振动阻尼系数等为其主要动力 参数。 当动力强度较大时，它所引起的变形为残余变形，动力越 大，变形越大，结果使土的结构破坏，土体压缩沉降，强度减 弱，严重者可使土体失去强度而威胁建筑物及边坡等稳定性。
（3）砂土的结构变化 ① 受高频振动时，颗粒位置重新调整，使砂更趋密实。 ② 饱和的粉砂、细砂在动荷载作用下，会失去强度，产生 砂土液化。
9.2 土在动荷载下的性质
土的类型和所处状态不同，对动荷载的反应也不相同 处于饱和状态的砂土和粉土在周期性动荷载作用下可能液化 淤泥、淤泥质土在周期性动荷载作用下，由于孔隙水压力上
恢复的变形。土颗粒之间相互移动所损耗的能量增大，土越 来越表现出非弹性或塑性性能
当动荷载增大到一定程度时，土颗粒之间的联结几乎完全破
坏，土处于流动或破坏状态
9.2 土在动荷载下的性质
变形
9.2.3土对地震荷载反应的主要表现
• 往返变形和永久变形
孔隙水压力
• 加静载时，土内可能产生负的孔压；加动载时孔压总是