第9章土在動荷載作用下的力學性質(zhì)

1、第9章 土在動荷載作用下的力學性質(zhì) 9.19.1 土土的壓實性的壓實性一、土的壓實性路基、橋臺、擋土墻、埋設的管道及建筑物的室內(nèi)地坪下等均需要回填土；土體經(jīng)挖掘、搬運后，原狀結構已被破壞，強度大大降低；為了保證填土的強度，土體要壓實；這里所說的壓實是指用人工或機械對土體施以能量，使土顆粒重新排列，得以密實。土的壓實也同樣可以用于軟土地基的處理上，如重錘夯實、強夯等。如何用較小的能量、將土壓的最密實，是我們要探討的問題二、擊二、擊實實試驗與土的壓實性試驗與土的壓實性1.擊實試驗擊實試驗是研究土體壓實性能最基本的室內(nèi)試驗方法。它的過程是對一定數(shù)量的土體重復的施加一定的機械能使土體變密。所用的儀器稱

2、為擊實儀，由擊實筒和擊實錘組成。試驗時，將含水量 為定值的土樣分次裝入擊實筒內(nèi)，攤平表面后，用錘按預定的次數(shù)、在規(guī)定的落距下?lián)魧崱８鶕?jù)被擊實后土體的體積和重量算出或測出其容重，并測出其含水量、算出其干容重。 9.19.1 土土的壓實性的壓實性 試驗設備 擊實筒V=1000cm3；擊實錘w=25N 試驗條件 土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層 擊實能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 試驗方法 對=cosnst的土；分三層壓實； 測定擊實后的、，算定d 注意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀據(jù)此得到該土在該能量作用下的干容重和與其對應的含水量值，在d坐標系中

3、就可以確定一個點。同一種土改變其含水量后，按前述條件重復試驗，即可得到另一個點。依此類推，即可得到一系列的數(shù)據(jù)點。 9.19.1 土土的壓實性的壓實性在d坐標系中，描點、連線，即可得到與d之間的關系曲線，稱為擊實曲線。 dmaxOP曲線上最高點對應的含水量稱為最佳（優(yōu)）含水量，為什么擊實效果與土的含水量有關呢？在一定的夯擊能量下，土體最容易密實，并能達到最大密實程度時的含水量稱為最佳含水量，記為OP，相對應的干容重稱為最大干容重，記為dmax。含水量較低時，隨著水份增加，土粒表面結合水膜逐漸變厚，土顆粒間的距離逐漸加大，且土中水對土粒間的摩擦具有潤滑作用，所以隨著含水量增加，擊實效果越來越好最

4、優(yōu)含水量可以這樣定義：d0 9.19.1 土土的壓實性的壓實性含水量較高時，孔隙中積聚了較多的水份，土體擠密時需要排水，排水需要消耗能量；因而壓密效果下降。一般情況下，土的最佳含水量約與土的塑限含水量相當，工程上可以在OP附近取值，即OP wp ，實驗室內(nèi)配制土樣時，一般配成5種含水量的土，pw%2pOPw%2pOPw%4pOPw%4pOPw注意：最佳含水量的前提是夯擊能量一定，它是在夯擊能量為一個的前提下得到的，不同的夯擊能量，對應著不同的最佳含水量；一般情況下，最佳含水量隨夯擊能量的增加而下降，工地上，當壓實效果不理想時，可通過增大夯實能量的辦法來解決；如減少虛鋪土層的厚度、增加碾壓遍數(shù)等

5、。 9.19.1 土土的壓實性的壓實性壓實系數(shù) 工地碾壓時要求達到的干容重，dmaxd 室內(nèi)試驗得到的最大干容重，壓實系數(shù)越接近于1，壓實質(zhì)量就越高，重要工程、高等級公路路基上層或建筑物、構筑物的主要持力層，其K值應高一些，一般可取0.96、0.97，甚至0.98（如機場跑道），路基下層或次要工程，K值可稍小一些，一般可取0.95 0.90； 9.19.1 土土的壓實性的壓實性cdd m a x（ 1 1 - 1 ）a. a. 擊實功能擊實功能d 50 N30 N10 Nopd,maxE,存在一個上界d,E,const b. b. 土的級配土的級配 d 321constE 越小。越大，級配越好

6、，其maxopdc. c. 擊實方式擊實方式 夯實、輾壓、振動；輾壓對粘土比較合適夯實、輾壓、振動；輾壓對粘土比較合適 const d d E 9.29.2 土土的壓實的壓實性影響因素性影響因素 9.39.3 土在動荷作用下的力學性質(zhì)土在動荷作用下的力學性質(zhì)反復荷載作用下的強度特征前面探討的均為恒荷載或永久荷載，一般作用時間均在10s以上，均屬靜力問題。而車輛的行駛、風力、波浪、地震等荷載的作用特點是作用時間非常短、且反復周期性作用，時間往往為幾秒、幾十分之一秒、甚至百分之一或千分之一秒，反復的次數(shù)從幾次、幾十次、甚至百、千萬次；因而此時的作用效應計算（強度或者變形）除了考慮土本身的因素外，還

7、必須考慮荷載的作用速度和循環(huán)次數(shù)兩方面的問題動力效應、和疲勞。1.加荷速度對應力、應變的影響試驗表明：同一種土，同一種應力值，快速加荷、中速加荷和慢速加荷其應力應變曲線的型狀是不同的。0慢速加荷中速加荷快速加荷在變形量（應變）相同的條件下，加荷速度越快，土的強度就越高；在應力相同的條件下，加荷速度越快，相應的應變值就越小。2.循環(huán)次數(shù)n對強度的影響循環(huán)次數(shù)n值越小，動強度也就越高；隨著荷載循環(huán)次數(shù)n的增加，土樣的動強度逐漸降低，當循環(huán)次數(shù)n足夠大時，動強度低于靜強度。3.初始應力或應變及幅值對動強度的影響土樣的初始偏應力高，在同樣強度的前提下，循環(huán)次數(shù)n 9.39.3 土在動荷作用下的力學性質(zhì)

8、土在動荷作用下的力學性質(zhì)就變??；同樣，動應力幅值越大，在同樣強度的前提下，循環(huán)次數(shù)n就變少，即達到破壞時的振次n就越少。粘性土動強度的降低與循環(huán)應變的幅值亦有很大的關系，應變幅值大，達到破壞所需的次數(shù)n就越少；如果循環(huán)次數(shù)n相同，則強度降低的就越多。 9.39.3 土在動荷作用下的力學性質(zhì)土在動荷作用下的力學性質(zhì)松砂層松砂層地下水位地下水位地震荷載地震荷載建筑物建筑物噴噴 砂砂地面下沉地面下沉噴砂噴砂遺井遺井排出的剩排出的剩余孔隙水余孔隙水地震前地震前 液化時液化時 液化后液化后建筑物地基的液化建筑物地基的液化 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化19991999年臺灣大地震年臺灣大地震臺中

9、由于液化引起的樓房倒塌臺中由于液化引起的樓房倒塌 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化日本阪神地震引起的路面塌陷日本阪神地震引起的路面塌陷 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化日本神戶由于地震液化日本神戶由于地震液化引起的河道破壞引起的河道破壞 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化阪神地震中新干線的傾覆阪神地震中新干線的傾覆日本神戶地基液化引日本神戶地基液化引起的儲油罐傾斜起的儲油罐傾斜 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化大阪的港口碼頭擋土墻由于液化前傾 9.49.4 砂土振動液化砂土振動液化3.砂土液化的影響因素土類范圍土的密實度動荷強度和持續(xù)時間2.液化的外觀表現(xiàn): a.噴砂、冒水；震陷；滑坡；地基失穩(wěn) 飽和度 - 飽和土體 組成 粉細砂： d50 =0.07mm- 1.0mm 礫類土： 粒徑大于5 mm顆粒含量 60% 粉 土： Ip=（310），IL=0.75 - 1.0狀態(tài)： 相對密度Dr50%結 構其 他：排水條件、土的初始應力狀態(tài)及歷史、地震特性 9.49.4