3.巖土動(dòng)力學(xué)解析

2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)巖土動(dòng)力學(xué)

Rocksoildynamics2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)第一章緒論巖土動(dòng)力學(xué)是研究各種動(dòng)荷載作用下土的變形強(qiáng)度特性及土體穩(wěn)定性的一門(mén)學(xué)科土力學(xué)中“stress”一詞原定義包括“靜的”（static)和“動(dòng)的”（dynamic)應(yīng)力，但傳統(tǒng)土力學(xué)中通常僅意味靜應(yīng)力2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)1964年新瀉地震造成房屋傾斜2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)巖土動(dòng)力學(xué)的發(fā)展是不平衡的研究的荷載來(lái)源各不相同對(duì)各種實(shí)際問(wèn)題要求解決的迫切程度不同2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)地震最新的地震報(bào)道北京時(shí)間2005年10月8日11時(shí)50分，在巴基斯坦（北緯34.4度、東經(jīng)73.6度）發(fā)生7.8級(jí)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(guó)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(dá)到8．735萬(wàn)人。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)據(jù)中國(guó)臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2005年11月26日,08時(shí)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(jí)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(dòng)持續(xù)時(shí)間約為20秒。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)地震2005年3月20日日本福岡以西當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午10點(diǎn)53分發(fā)生里氏7級(jí)強(qiáng)烈地震，至20日晚上9點(diǎn)止共發(fā)生83次余震。傷亡人數(shù)超過(guò)500人，許多房屋被毀。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)阿爾及利亞地震2003年5月21日夜阿爾及利亞首都阿爾及爾地區(qū)發(fā)生了里氏6.7級(jí)大地震，造成該國(guó)2300人死亡，1萬(wàn)1千人受傷。在那次大地震后，阿爾及爾地區(qū)又經(jīng)歷了多達(dá)上千次的大大小小的余震。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)菲律賓地震2003年5月27號(hào)凌晨2點(diǎn)多，印尼東北部地區(qū)發(fā)生里氏6.4級(jí)地震。此次地震的震中位于印尼馬魯古省的莫羅2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)從2003年5月1日的土耳其地震開(kāi)始，到5月21日的阿爾及利亞地震，到5月26日的日本地震、5月27日的印度尼西亞地震、菲律賓地震，短短的20多天，就發(fā)生了5次六級(jí)以上的地震。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)

近期發(fā)生的地震基本上處在環(huán)太平洋的西部和歐亞地震帶上，而這兩個(gè)地震帶都是老的地震帶，同時(shí)又都位于幾大板塊的邊緣。這些地震的發(fā)生意味著板塊的積壓，板塊撞擊，因?yàn)榈厍蚴怯蓭状蟀鍓K構(gòu)成的，在它的邊緣上發(fā)生一些重大地震，意味著這些板塊確實(shí)是在運(yùn)動(dòng)，在活動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)標(biāo)志著整個(gè)地球的深部可能有動(dòng)力源在活動(dòng)。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2003年至今我國(guó)大陸新疆、內(nèi)蒙、甘肅等地連續(xù)發(fā)生地震過(guò)去10年來(lái)，臺(tái)灣平均每年發(fā)生里氏6級(jí)以上地震3．4次，去年共發(fā)生3次。

2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)

伊朗地震2003年12月26日早晨5時(shí)28分，伊朗中部克爾曼省首府克爾曼附近發(fā)生里氏6.8級(jí)地震，是這一地區(qū)自1998年以來(lái)最強(qiáng)烈的一次地震，震源約在地下33公里。千年歷史的古城———巴姆市的老城區(qū)已全部被毀，該市的許多歷史建筑幾乎徹底被毀。死亡人數(shù)為4.1萬(wàn)人。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)

據(jù)介紹，伊朗地震災(zāi)害頻發(fā)，全境共分布4條地震帶，其中最長(zhǎng)最寬的一條從土耳其、伊朗邊境地區(qū)起，經(jīng)過(guò)首都德黑蘭，向東延伸數(shù)百公里。更糟糕的是，德黑蘭地下還分布著北、南、東3條斷層。目前德黑蘭小震不斷。近年來(lái)德黑蘭周圍地區(qū)發(fā)生了數(shù)起較大地震，2002年6月22日凌晨加茲溫發(fā)生了里氏6.3級(jí)的地震，200多人在地震中喪生。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)

伊朗地震專家預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年里，德黑蘭發(fā)生7級(jí)左右地震的可能性極大。德黑蘭建筑物的抗震性能令人擔(dān)憂。德黑蘭建有160萬(wàn)套住房，其中70萬(wàn)套屬危舊住房。日本的地震專家經(jīng)過(guò)實(shí)地考察后認(rèn)為，德黑蘭大部分建筑不符合抗大地震的要求，如果德黑蘭發(fā)生7級(jí)地震，將有約50萬(wàn)套住房倒塌，55%的建筑受損，財(cái)產(chǎn)損失相當(dāng)于伊朗國(guó)民收入的22%，將有38萬(wàn)人喪生，國(guó)家將陷于癱瘓。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)

日本神戶地震1995年1月17日凌晨5時(shí)47分日本神戶發(fā)生里氏7.2級(jí)地震，延續(xù)時(shí)間20秒城市直下型活斷層地震經(jīng)濟(jì)損失1000億美元死亡6000多人，負(fù)傷3萬(wàn)多人房屋毀損99515棟路面開(kāi)裂，地基變形，鐵道彎曲，列車脫軌，港口破壞，攔腰折斷的大樓倒下來(lái)將道路隔截，斷裂的高速公路從幾十米高處塌落下來(lái)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家。20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)共發(fā)生8級(jí)以上大震9次7～7.9級(jí)地震99次6～6.9級(jí)地震470余次4.8級(jí)以上地震3800余次2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)陸地地震活動(dòng)經(jīng)歷了四個(gè)活躍期，目前正處于第五個(gè)活躍期。期間可能發(fā)生多次7級(jí)以上的強(qiáng)震，強(qiáng)震的主體地區(qū)在中國(guó)西部。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)巖土動(dòng)力學(xué)研究的問(wèn)題各種動(dòng)荷載及其特點(diǎn)振動(dòng)和波動(dòng)在土中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土的動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系動(dòng)強(qiáng)度與變形問(wèn)題振動(dòng)液化動(dòng)力特性測(cè)試的設(shè)備與技術(shù)動(dòng)荷載作用下的地基承載力、土坡穩(wěn)定性及動(dòng)土壓力土與結(jié)構(gòu)物的相互作用（動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)問(wèn)題）2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)相關(guān)學(xué)科土力學(xué)地震工程學(xué)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)土工抗震學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)解決途徑引入表征動(dòng)力作用和巖土動(dòng)力特性的相應(yīng)指標(biāo)，建立巖土動(dòng)力學(xué)的計(jì)算方法以模型試驗(yàn)為基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)提供定性或定量的依據(jù)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)發(fā)展趨勢(shì)探討動(dòng)力作用下土體失穩(wěn)的機(jī)理動(dòng)本構(gòu)定律粉土和砂礫土的液化孔隙水壓力的變化規(guī)律土與上部結(jié)構(gòu)的相互作用隨機(jī)波及高頻波的研究應(yīng)用高應(yīng)力水平復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的室內(nèi)試驗(yàn)研究現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、實(shí)錄分析及模型試驗(yàn)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)研究特點(diǎn)注重土的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究注重工程經(jīng)驗(yàn)的研究注重實(shí)用的計(jì)算分析方法2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)參考教材方云等：《土力學(xué)》第十章謝鼎義：《巖土動(dòng)力學(xué)》1988張克緒等：《巖土動(dòng)力學(xué)》19892024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)第二章動(dòng)荷載特性2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)第一節(jié)動(dòng)、靜問(wèn)題的區(qū)別加荷速度T/4>幾十秒靜力學(xué)問(wèn)題T/4<幾十秒動(dòng)力學(xué)問(wèn)題應(yīng)變范圍微小應(yīng)變范圍（<10-5)中等應(yīng)變范圍（10-5~10-3)大應(yīng)變范圍（>10-3)循環(huán)效應(yīng)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)第二節(jié)動(dòng)荷載特性荷載的大小、方向、作用位置隨時(shí)間而變化，且荷載對(duì)作用體系的動(dòng)力效應(yīng)不可忽略。這樣的荷載稱為動(dòng)荷載（dynamicload）。動(dòng)荷載的性質(zhì)用振幅（amplitudevibrition）、頻率（frequency）和持續(xù)作用時(shí)間（durationofvibrition）來(lái)表示。動(dòng)荷載的持續(xù)作用時(shí)間用循環(huán)作用次數(shù)N來(lái)表示。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)如果運(yùn)動(dòng)在相同的時(shí)間間隔內(nèi)重現(xiàn)，就稱為周期運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)重現(xiàn)一次稱為一個(gè)循環(huán)。單位時(shí)間內(nèi)所完成的循環(huán)數(shù)，稱為頻率完成一個(gè)循環(huán)所需要的時(shí)間，稱為周期，以T表示。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)動(dòng)荷載可以分為三種類型1、周期荷載（cyclicloading）以同一振幅和周期往復(fù)循環(huán)作用的荷載稱為周期荷載。周期荷載的最簡(jiǎn)單形式是簡(jiǎn)諧荷載（harmonicloading）。簡(jiǎn)諧荷載隨時(shí)間t的變化規(guī)律可用正弦或余弦函數(shù)表示。（2-2）半周期內(nèi)的峰值荷載P0，稱為振幅。雙幅值2P0指在周期T內(nèi)荷載變化的最大幅度。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)諧荷載是工程中常用的荷載簡(jiǎn)諧荷載與地震荷載的區(qū)別振幅幾乎不變周期不變持續(xù)作用次數(shù)大現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際荷載與簡(jiǎn)諧荷載的差別非周期性峰值可能不同荷載總是動(dòng)靜荷載的組合2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)若干個(gè)振幅和周期各不相同的的簡(jiǎn)諧荷載可相互疊加，組成一般性的周期荷載。（2-3）2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2、沖擊荷載沖擊荷載是一種瞬時(shí)荷載，強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間短。（2-4）2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)兩個(gè)特點(diǎn)只有一次脈沖作用作用持續(xù)時(shí)間短（ms），壓力升高速率大2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)多脈沖瞬時(shí)動(dòng)荷載2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)打樁引起的地表垂直加速度軌跡2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)3、不規(guī)則荷載荷載隨時(shí)間的變化沒(méi)有規(guī)律可循，如地震荷載。2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)地震應(yīng)力的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)T=0.2～1.0s持續(xù)時(shí)間和主要作用次數(shù)與震級(jí)有關(guān)，震級(jí)越大，t和N值越大每個(gè)脈沖的波形更接近于正弦變化的曲線2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)第三節(jié)動(dòng)荷載對(duì)地基土的影響土的類型和所處狀態(tài)不同，對(duì)動(dòng)荷載的反應(yīng)也不相同處于飽和狀態(tài)的砂土和粉土在周期性動(dòng)荷載作用下可能液化淤泥、淤泥質(zhì)土在周期性動(dòng)荷載作用下，由于孔隙水壓力上升，強(qiáng)度降低等緣故會(huì)導(dǎo)致沉降和滑移2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)土在動(dòng)荷載作用下的破壞過(guò)程當(dāng)動(dòng)荷載很小時(shí)，土顆粒之間的聯(lián)結(jié)幾乎沒(méi)有遭到破壞，土骨架的變形能夠恢復(fù)，并且土顆粒之間相互移動(dòng)所損耗的能量也少，土處于理想的彈－粘性力學(xué)狀態(tài)隨動(dòng)荷載增大，顆粒之間的聯(lián)結(jié)遭到破壞，土骨架產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形。土顆粒之間相互移動(dòng)所損耗的能量增大，土越來(lái)越表現(xiàn)出非彈性或塑性性能當(dāng)動(dòng)荷載增大到一定程度時(shí)，土顆粒之間的聯(lián)結(jié)幾乎完全破壞，土處于流動(dòng)或破壞狀態(tài)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)土對(duì)地震荷載反應(yīng)的主要表現(xiàn)變形孔隙水壓力2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)根據(jù)土對(duì)地震荷載反應(yīng)的分類對(duì)地震反應(yīng)明顯：中等密度或松的飽和砂土；粘粒含量小于10～15％的飽和砂質(zhì)粘土或粉質(zhì)軟粘土；含礫量<70~80%，砂料處于中密或松散狀態(tài)的砂礫石土等對(duì)地震反應(yīng)不明顯：干砂、壓密粘土飽和密實(shí)砂；含礫量>70~80%的砂礫石土等2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)動(dòng)荷載作用對(duì)工程建筑的影響引起結(jié)構(gòu)物振動(dòng)破壞地基動(dòng)力機(jī)器引起基礎(chǔ)過(guò)大的振幅（甚至共振）高層建筑（20～30層）在軟基上容易損壞，而低層建筑（5～6層）在硬基上反而比較容易損壞2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)地震工程中的土體土體不僅指土材料，還包括土的分布和幾何尺寸基巖的地震剪切波通過(guò)土層向上傳播，引起土層表面的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)基巖運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度反應(yīng)。根據(jù)土柱的橫向振動(dòng)理論，土柱頂點(diǎn)對(duì)基巖運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)與土柱的自振特性有關(guān)2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)土柱的自振圓頻率n=1,3,5……由公式中H可知土層表面對(duì)基巖地震運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)不僅取決于土的力學(xué)性質(zhì)，還取決于土層的幾何尺寸2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系的地震反應(yīng)取決于體系的質(zhì)量和剛度分布，因此靠近建筑物或斜坡的點(diǎn)的地震反應(yīng)也必將受到土的動(dòng)力學(xué)特性和土層幾何尺寸的影響2024/8/16巖土動(dòng)力學(xué)ABCDEFG各點(diǎn)與基巖地震運(yùn)動(dòng)的