土動力學soildynamics主講方云3/19/2023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)應力，但傳統(tǒng)土力學中通常僅意味靜應力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日日本福福岡以西西當?shù)貢r時間上午10點53分分發(fā)生里里氏7級級強烈地地震，至至20日日晚上9點止共共發(fā)生83次余余震。傷亡人數(shù)數(shù)超過500人人，許多多房屋被被毀。3/17/2023土動力學學3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學阿爾及利亞地地震2003年5月21日夜夜阿爾及利亞亞首都阿爾及及爾地區(qū)發(fā)生生了里氏6.7級大地震震，造成該國國2300人人死亡，1萬萬1千人受傷傷。在那次大大地震后，阿阿爾及爾地區(qū)區(qū)又經(jīng)歷了多多達上千次的的大大小小的的余震。3/17/2023土動力學3/17/2023土動力學菲律賓地震2003年5月27號凌晨2點多，印尼東北部部地區(qū)發(fā)生里氏6.4級地震。此此次地震的震中位位于印尼馬魯古省省的莫羅3/17/2023土動力學從2003年5月1日的土耳其地震開開始，到5月21日的阿爾及利亞地地震，到5月26日的日本地震、、5月27日的印印度尼西亞地震、、菲律賓地震，短短短的20多天，就發(fā)生了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年至今我我國大陸新疆、內(nèi)內(nèi)蒙、甘肅等地連連續(xù)發(fā)生地震過去10年來，臺灣平均每每年發(fā)生里氏6級以上地震3．4次，去年共發(fā)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，伊朗朗地震災害頻頻發(fā)，全境共共分布4條地震帶，其其中最長最寬寬的一條從土土耳其、伊朗朗邊境地區(qū)起起，經(jīng)過首都都德黑蘭，向向東延伸數(shù)百百公里。更糟糟糕的是，德德黑蘭地下還還分布著北、、南、東3條斷層。目前前德黑蘭小震震不斷。近年年來德黑蘭周周圍地區(qū)發(fā)生生了數(shù)起較大大地震，2002年6月22日凌晨加茲溫溫發(fā)生了里氏氏6.3級的地震，200多人在地震中中喪生。3/17/2023土動力學伊朗地震專家家預測，未來來幾年里，德德黑蘭發(fā)生7級左右地震的的可能性極大大。德黑蘭建建筑物的抗震震性能令人擔擔憂。德黑蘭蘭建有160萬套住房，其其中70萬套屬危舊住住房。日本的的地震專家經(jīng)經(jīng)過實地考察察后認為，德德黑蘭大部分分建筑不符合合抗大地震的的要求，如果果德黑蘭發(fā)生生7級地震，將有有約50萬套住房倒塌塌，55%的建筑受損，，財產(chǎn)損失相相當于伊朗國國民收入的22%，將有38萬人喪生，國國家將陷于癱癱瘓。3/17/2023土動力學日本神戶地地震1995年年1月17日凌晨5時47分分日本神戶戶發(fā)生里氏氏7.2級級地震，延延續(xù)時間20秒城市直下型型活斷層地地震經(jīng)濟損失1000億億美元死亡6000多人，，負傷3萬萬多人房屋毀損99515棟路面開裂，，地基變形形，鐵道彎彎曲，列車車脫軌，港港口破壞，，攔腰折斷斷的大樓倒倒下來將道道路隔截，，斷裂的高高速公路從從幾十米高高處塌落下下來3/17/2023土動力學中國是一個個多地震的的國家。20世紀以以來中國共共發(fā)生8級以上大大震9次7～7.9級地震99次6～6.9級地震470余次次4.8級以以上地震3800余余次3/17/2023土動力學學20世紀紀以來中中國陸地地地震活活動經(jīng)歷歷了四個個活躍期期，目前前正處于于第五個個活躍期期。期間可能能發(fā)生多多次7級級以上的的強震，，強震的的主體地地區(qū)在中中國西部部。3/17/2023土動力學土動力學研究究的問題各種動荷載及及其特點振動和波動在在土中的運動動規(guī)律土的動應力應應變關系動強度與變形形問題振動液化動力特性測試試的設備與技技術(shù)動荷載作用下下的地基承載載力、土坡穩(wěn)穩(wěn)定性及動土土壓力土與結(jié)構(gòu)物的的相互作用（（動力機器基基礎問題）3/17/2023土動力學相關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力作用和土動動力特性的相相應指標，建建立土動力學學的計算方法法以模型試驗為為基礎，為設設計提供定性性或定量的依依據(jù)3/17/2023土動力學發(fā)展趨勢探討動力作作用下土體體失穩(wěn)的機機理動本構(gòu)定律律粉土和砂礫礫土的液化化孔隙水壓力力的變化規(guī)規(guī)律土與上部結(jié)結(jié)構(gòu)的相互互作用隨機波及高高頻波的研研究應用高應力水平平復雜應力力狀態(tài)下的的室內(nèi)試驗驗研究現(xiàn)場試驗、、實錄分析析及模型試試驗3/17/2023土動力學研究特點注重土的室室內(nèi)試驗和和現(xiàn)場試驗驗研究注重工程經(jīng)經(jīng)驗的研究究注重實用的的計算分析析方法3/17/2023土動力學參考教材方云等：《土力力學》第十章謝鼎義：《土動動力學》1988張克緒等：《土土動力學》19893/17/2023土動力學第二章動荷荷載特性3/17/2023土動力學第一節(jié)動、、靜問題的區(qū)別別加荷速度T/4>幾十秒秒靜力學學問題T/4<幾十秒秒動力學學問題應變范圍微小應變范圍（（<10-5)中等應變范圍（（10-5~10-3)大應變范圍（>10-3)循環(huán)效應應3/17/2023土動力學學第二節(jié)動動荷荷載特性性荷載的大大小、方方向、作作用位置置隨時間間而變化化，且荷荷載對作作用體系系的動力力效應不不可忽略略。這樣樣的荷載載稱為動荷載（（dynamicload）。動荷載的的性質(zhì)用用振幅（（amplitudevibrition）、、頻率（（frequency）和持持續(xù)作用用時間（（durationofvibrition）來表表示。動荷載的持續(xù)續(xù)作用時間用用循環(huán)作用次次數(shù)N來表示示。3/17/2023土動力學如果運動在相相同的時間間間隔內(nèi)重現(xiàn)，，就稱為周期期運動。運動重現(xiàn)一次次稱為一個循循環(huán)。單位時間內(nèi)所所完成的循環(huán)環(huán)數(shù)，稱為頻率完成一個循環(huán)環(huán)所需要的時時間，稱為周期，以T表示。。3/17/2023土動力學動荷載可以分分為三種類型型1、周期荷載載（cyclicloading）以同一振幅和和周期往復循循環(huán)作用的荷荷載稱為周期荷載。周期荷載的的最簡單形式式是簡諧荷載（harmonicloading）。簡諧諧荷載隨時間間t的變化規(guī)規(guī)律可用正弦弦或余弦函數(shù)數(shù)表示。（2-2）半周期內(nèi)的峰峰值荷載P0，稱為振幅。。雙幅值2P0指在周期T內(nèi)內(nèi)荷載變化的的最大幅度。。3/17/2023土動力學簡諧荷載是工程程中常用的荷載載簡諧荷載與地震震荷載的區(qū)別振幅幾乎不變周期不變持續(xù)作用次數(shù)大大現(xiàn)場實際荷載與與簡諧荷載的差差別非周期性峰值可能不同荷載總是動靜荷荷載的組合3/17/2023土動力學若干個振幅和周周期各不相同的的的簡諧荷載可可相互疊加，組組成一般性的周周期荷載。（2-3）3/17/2023土動力學2、沖擊荷載沖擊荷載是一種種瞬時荷載，強強度大，持續(xù)時時間短。（2-4）3/17/2023土動力學兩個特點只有一次脈沖作作用作用持續(xù)時間短短（ms），壓壓力升高速率大大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垂垂直加速度軌跡3/17/2023土動力學3、不規(guī)則荷載荷載隨時間的變化化沒有規(guī)律可循，，如地震荷載。3/17/2023土動力學地震應力的的統(tǒng)計性質(zhì)質(zhì)T=0.2～1.0s持續(xù)時間和和主要作用用次數(shù)與震震級有關，，震級越大大，t和N值越大每個脈沖的的波形更接接近于正弦弦變化的曲曲線3/17/2023土動力學第三節(jié)動動荷載對對地基土的的影響土的類型和和所處狀態(tài)態(tài)不同，對對動荷載的的反應也不不相同處于飽和狀狀態(tài)的砂土土和粉土在在周期性動動荷載作用用下可能液液化淤泥、淤泥泥質(zhì)土在周周期性動荷荷載作用下下，由于孔孔隙水壓力力上升，強強度降低等等緣故會導導致沉降和和滑移3/17/2023土動力學學3/17/2023土動力學學3/17/2023土動力學土在動荷載作作用下的破壞壞過程當動荷載很小小時，土顆粒粒之間的聯(lián)結(jié)結(jié)幾乎沒有遭遭到破壞，土土骨架的變形形能夠恢復，，并且土顆粒粒之間相互移移動所損耗的的能量也少，，土處于理想想的彈－粘性性力學狀態(tài)隨動荷載增大大，顆粒之間間的聯(lián)結(jié)遭到到破壞，土骨骨架產(chǎn)生不可可恢復的變形形。土顆粒之之間相互移動動所損耗的能能量增大，土土越來越表現(xiàn)現(xiàn)出非彈性或或塑性性能當動荷載增大大到一定程度度時，土顆粒粒之間的聯(lián)結(jié)結(jié)幾乎完全破破壞，土處于于流動或破壞壞狀態(tài)3/17/2023土動力學土對地震荷載反應應的主要表現(xiàn)變形孔隙水壓力3/17/2023土動力學根據(jù)土對地震荷載載反應的分類對地震反應明顯：：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礎過大的振幅（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土體土體不僅指土材材料，還包括土土的分布和幾何何尺寸基巖的地震剪切切波通過土層向向上傳播，引起起土層表面的運運動，產(chǎn)生對基基巖運動的位移移、速度和加速速度反應。根據(jù)土柱的橫向向振動理論，土土柱頂點對基