土動力學第一章 緒論

土動力學2006

soildynamics3/19/2023土動力學第一章緒論土動力學是研究各種動荷載作用下土的變形強度特性及土體穩(wěn)定性的一門學科土力學中“stress”一詞原定義包括“靜的”（static)和“動的”（dynamic)應(yīng)力，但傳統(tǒng)土力學中通常僅意味靜應(yīng)力3/19/2023土動力學1964年新瀉地震造成房屋傾斜3/19/2023土動力學土動力學的發(fā)展是不平衡的研究的荷載來源各不相同對各種實際問題要求解決的迫切程度不同3/19/2023土動力學地震最新的地震報道北京時間2005年10月8日11時50分，在巴基斯坦（北緯34.4度、東經(jīng)73.6度）發(fā)生7.8級地震，震中位于巴基斯坦北部巴控克什米爾山區(qū)，距首都伊斯蘭堡約90公里，距我國和巴基斯坦邊境線約300公里。巴基斯坦官員11月8日宣布，巴基斯坦在南亞大地震中的死亡人數(shù)已經(jīng)達到8．735萬人。3/19/2023土動力學3/19/2023土動力學3/19/2023土動力學據(jù)中國臺網(wǎng)測定，2005年11月26日,08時49分38.6秒在江西九江、瑞昌間(北緯29.7,東經(jīng)115.7)發(fā)生5.7級地震。

湖北省武漢、洪湖、鄂州、黃岡、赤壁、通城、咸寧等地建筑物有明顯震感，部分建筑物墻面破裂，震動持續(xù)時間約為20秒。3/19/2023土動力學3/19/2023土動力學3/19/2023土動力學地震2005年3月20日日本福岡岡以西當?shù)氐貢r間上午10點53分發(fā)發(fā)生里氏7級強烈地地震，至20日晚上上9點止共共發(fā)生83次余震。。傷亡人數(shù)超超過500人，許多多房屋被毀毀。3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學阿爾及利亞地震震2003年5月月21日夜阿爾爾及利亞首都阿阿爾及爾地區(qū)發(fā)發(fā)生了里氏6.7級大地震，，造成該國2300人死亡，，1萬1千人受受傷。在那次大大地震后，阿爾爾及爾地區(qū)又經(jīng)經(jīng)歷了多達上千千次的大大小小小的余震。3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學學菲律賓地地震2003年5月月27號凌晨2點多，印印尼東北北部地區(qū)區(qū)發(fā)生里里氏6.4級地地震。此此次地震震的震中中位于印印尼馬魯魯古省的的莫羅3/17/2023土動力學學從2003年5月1日的土耳耳其地震震開始，，到5月21日的阿爾爾及利亞亞地震，，到5月月26日日的日本本地震、、5月27日的的印度尼尼西亞地地震、菲菲律賓地地震，短短短的20多天，就就發(fā)生了了5次六級以上的地震震。3/17/2023土動力學近期發(fā)生的地震基基本上處在環(huán)太平平洋的西部和歐亞亞地震帶上，而這這兩個地震帶都是是老的地震帶，同同時又都位于幾大大板塊的邊緣。這這些地震的發(fā)生意意味著板塊的積壓壓，板塊撞擊，因因為地球是由幾大大板塊構(gòu)成的，在在它的邊緣上發(fā)生生一些重大地震，，意味著這些板塊塊確實是在運動，，在活動，它的運運動和活動標志著著整個地球的深部部可能有動力源在在活動。3/17/2023土動力學2003年年至今我國國大陸新疆疆、內(nèi)蒙、、甘肅等地地連續(xù)發(fā)生生地震過去10年來，臺灣平均均每年發(fā)生里氏氏6級以上地震3．4次，去年共發(fā)生生3次。3/17/2023土動力學伊朗地震2003年12月26日早晨5時28分，伊朗中部部克爾曼省首府府克爾曼附近發(fā)發(fā)生里氏6.8級地震，是這這一地區(qū)自1998年以來最最強烈的一次地地震，震源約在在地下33公里里。千年歷史的古城城———巴姆市市的老城區(qū)已全全部被毀，該市市的許多歷史建建筑幾乎徹底被被毀。死亡人數(shù)為4.1萬人。3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學據(jù)介紹，伊伊朗地震災(zāi)災(zāi)害頻發(fā)，，全境共分分布4條地震帶，，其中最長長最寬的一一條從土耳耳其、伊朗朗邊境地區(qū)區(qū)起，經(jīng)過過首都德黑黑蘭，向東東延伸數(shù)百百公里。更更糟糕的是是，德黑蘭蘭地下還分分布著北、、南、東3條斷層。目目前德黑蘭蘭小震不斷斷。近年來來德黑蘭周周圍地區(qū)發(fā)發(fā)生了數(shù)起起較大地震震，2002年6月22日凌晨加茲茲溫發(fā)生了了里氏6.3級的地震，，200多人在地震震中喪生。。3/17/2023土動力學伊朗地震專專家預(yù)測，，未來幾年年里，德黑黑蘭發(fā)生7級左右地震震的可能性性極大。德德黑蘭建筑筑物的抗震震性能令人人擔憂。德德黑蘭建有有160萬套住房，，其中70萬套屬危舊舊住房。日日本的地震震專家經(jīng)過過實地考察察后認為，，德黑蘭大大部分建筑筑不符合抗抗大地震的的要求，如如果德黑蘭蘭發(fā)生7級地震，將將有約50萬套住房倒倒塌，55%的建筑受損損，財產(chǎn)損損失相當于于伊朗國民民收入的22%，將有38萬人喪生，，國家將陷陷于癱瘓。。3/17/2023土動力學學日本神戶戶地震1995年1月月17日日凌晨5時47分日本本神戶發(fā)發(fā)生里氏氏7.2級地震震，延續(xù)續(xù)時間20秒城市直下下型活斷斷層地震震經(jīng)濟損失失1000億美美元死亡6000多多人，負負傷3萬萬多人房屋毀損損99515棟棟路面開裂裂，地基基變形，，鐵道彎彎曲，列列車脫軌軌，港口口破壞，，攔腰折折斷的大大樓倒下下來將道道路隔截截，斷裂裂的高速速公路從從幾十米米高處塌塌落下來來3/17/2023土動力學中國是一個多多地震的國家家。20世紀以來來中國共發(fā)生生8級以上大震震9次7～7.9級級地震99次次6～6.9級級地震470余次4.8級以上上地震3800余次3/17/2023土動力學20世紀以以來中國陸陸地地震活活動經(jīng)歷了了四個活躍躍期，目前前正處于第第五個活躍躍期。期間可能發(fā)發(fā)生多次7級以上的的強震，強強震的主體體地區(qū)在中中國西部。。3/17/2023土動力學土動力學研究的的問題各種動荷載及其其特點振動和波動在土土中的運動規(guī)律律土的動應(yīng)力應(yīng)變變關(guān)系動強度與變形問問題振動液化動力特性測試的的設(shè)備與技術(shù)動荷載作用下的的地基承載力、、土坡穩(wěn)定性及及動土壓力土與結(jié)構(gòu)物的相相互作用（動力力機器基礎(chǔ)問題題）3/17/2023土動力學相關(guān)學科土力學地震工程學結(jié)構(gòu)動力學土工抗震學3/17/2023土動力學解決途徑引入表征動力作用用和土動力特性的的相應(yīng)指標，建立立土動力學的計算算方法以模型試驗為基礎(chǔ)礎(chǔ)，為設(shè)計提供定定性或定量的依據(jù)據(jù)3/17/2023土動力學學發(fā)展趨勢勢探討動力力作用下下土體失失穩(wěn)的機機理動本構(gòu)定定律粉土和砂砂礫土的的液化孔隙水壓壓力的變變化規(guī)律律土與上部部結(jié)構(gòu)的的相互作作用隨機波及及高頻波波的研究究應(yīng)用高應(yīng)力水水平復(fù)雜雜應(yīng)力狀狀態(tài)下的的室內(nèi)試試驗研究究現(xiàn)場試驗驗、實錄錄分析及及模型試試驗3/17/2023土動力學研究特點注重土的室內(nèi)內(nèi)試驗和現(xiàn)場場試驗研究注重工程經(jīng)驗驗的研究注重實用的計計算分析方法法3/17/2023土動力學參考教材方云等：《土土力學》第十十章謝鼎義：《土土動力學》1988張克緒等：《《土動力學》》19893/17/2023土動力學第二章動動荷載特特性3/17/2023土動力學第一節(jié)動動、靜問問題的區(qū)別別加荷速度T/4>幾幾十秒靜靜力學學問題T/4<幾幾十秒動動力學學問題應(yīng)變范圍微小應(yīng)變范范圍（<10-5)中等應(yīng)變范范圍（10-5~10-3)大應(yīng)變范圍圍（>10-3)循環(huán)效應(yīng)3/17/2023土動力學第二節(jié)動荷荷載特性荷載的大小、方方向、作用位置置隨時間而變化化，且荷載對作作用體系的動力力效應(yīng)不可忽略略。這樣的荷載載稱為動荷載（dynamicload）。動荷載的性質(zhì)用用振幅（amplitudevibrition）、、頻率（frequency）和持續(xù)作用用時間（durationofvibrition）來表示。動荷載的持續(xù)作作用時間用循環(huán)環(huán)作用次數(shù)N來來表示。3/17/2023土動力學如果運動在相同同的時間間隔內(nèi)內(nèi)重現(xiàn)，就稱為為周期運動。運動重現(xiàn)一次稱稱為一個循環(huán)。。單位時間內(nèi)所完完成的循環(huán)數(shù)，，稱為頻率完成一個循環(huán)所所需要的時間，，稱為周期，以T表示。3/17/2023土動力學動荷載可以分為為三種類型1、周期荷載（（cyclicloading）以同一振幅和周周期往復(fù)循環(huán)作作用的荷載稱為為周期荷載。周期荷載的最最簡單形式是簡諧荷載（harmonicloading）。。簡諧荷載隨時時間t的變化規(guī)規(guī)律可用正弦或或余弦函數(shù)表示示。（2-2）半周期內(nèi)的峰值值荷載P0，稱為振幅。雙雙幅值2P0指在周期T內(nèi)荷荷載變化的最大大幅度。3/17/2023土動力學簡諧荷載是是工程中常常用的荷載載簡諧荷載與與地震荷載載的區(qū)別振幅幾乎不不變周期不變持續(xù)作用次次數(shù)大現(xiàn)場實際荷荷載與簡諧諧荷載的差差別非周期性峰值可能不不同荷載總是動動靜荷載的的組合3/17/2023土動力學學若干個振振幅和周周期各不不相同的的的簡諧諧荷載可可相互疊疊加，組組成一般般性的周周期荷載載。（2-3）3/17/2023土動力學學2、沖擊擊荷載沖擊荷載載是一種種瞬時荷荷載，強強度大，，持續(xù)時時間短。。（2-4）3/17/2023土動力學學兩個特點點只有一次次脈沖作作用作用持續(xù)續(xù)時間短短（ms），壓壓力升高高速率大大3/17/2023土動力學多脈沖瞬時動荷載載3/17/2023土動力學打樁引起的地表表垂直加速度軌軌跡3/17/2023土動力學3、不規(guī)則荷載載荷載隨時間的變變化沒有規(guī)律可可循，如地震荷荷載。3/17/2023土動力學學地震應(yīng)力力的統(tǒng)計計性質(zhì)T=0.2～1.0s持續(xù)時間間和主要要作用次次數(shù)與震震級有關(guān)關(guān)，震級級越大，，t和N值越大大每個脈沖沖的波形形更接近近于正弦弦變化的的曲線3/17/2023土動力學學第三節(jié)動動荷荷載對地地基土的的影響土的類型型和所處處狀態(tài)不不同，對對動荷載載的反應(yīng)應(yīng)也不相相同處于飽和和狀態(tài)的的砂土和和粉土在在周期性性動荷載載作用下下可能液液化淤泥、淤淤泥質(zhì)土土在周期期性動荷荷載作用用下，由由于孔隙隙水壓力力上升，，強度降降低等緣緣故會導(dǎo)導(dǎo)致沉降降和滑移移3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學土在動荷載載作用下的的破壞過程程當動荷載很很小時，土土顆粒之間間的聯(lián)結(jié)幾幾乎沒有遭遭到破壞，，土骨架的的變形能夠夠恢復(fù)，并并且土顆粒粒之間相互互移動所損損耗的能量量也少，土土處于理想想的彈－粘粘性力學狀狀態(tài)隨動荷載增增大，顆粒粒之間的聯(lián)聯(lián)結(jié)遭到破破壞，土骨骨架產(chǎn)生不不可恢復(fù)的的變形。土土顆粒之間間相互移動動所損耗的的能量增大大，土越來來越表現(xiàn)出出非彈性或或塑性性能能當動荷載增增大到一定定程度時，，土顆粒之之間的聯(lián)結(jié)結(jié)幾乎完全全破壞，土土處于流動動或破壞狀狀態(tài)3/17/2023土動力學土對地震荷荷載反應(yīng)的的主要表現(xiàn)現(xiàn)變形孔隙水壓力力3/17/2023土動力學根據(jù)土對地震荷載載反應(yīng)的分類對地震反應(yīng)明顯：：中等密度或松的的飽和砂土；粘粒粒含量小于10～～15％的飽和砂砂質(zhì)粘土或粉質(zhì)軟軟粘土；含礫量<70~80%，，砂料處于中密或或松散狀態(tài)的砂礫礫石土等對地震反應(yīng)不明顯顯：干砂、壓密粘粘土飽和密實砂；；含礫量>70~80%的砂礫石石土等3/17/2023土動力學動荷載作用對工程程建筑的影響引起結(jié)構(gòu)物振動破壞地基動力機器引起基礎(chǔ)礎(chǔ)過大的振幅（甚甚至共振）高層建筑（20～～30層）在軟基基上容易損壞，而而低層建筑（5～～6層）在硬基上上反而比較容易損損壞3/17/2023土動力學地震工程中的土體體土體不僅指土材料料，還包括土的分分布和幾何尺寸基巖的地震剪切波波通過土層向上傳傳播，引起土層表表面的運動，產(chǎn)生生對基巖運動的位位移、速度和加速速度反應(yīng)。