土液化分析课件.ppt
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- 液化 分析 课件
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1、土动力学二零一一年三月Soil dynamics第1页,共43页。第第4章章 土的液化分析土的液化分析 第2页,共43页。第四章第四章 土的液化分析土的液化分析1、土的液化概念与机理 2、影响饱和土振动液化的主要因素 3、饱和砂(粘)土液化分析与判别4、液化危害性分析 5、提高土抗液化稳定性的途径与方法第3页,共43页。4.1 土体液化的概念与机理4.1.1 液化的概念 土在动荷作用下丧失原有强度,变为类似液体状态的现象。特点:强度丧失的急剧、突发性 液化危害案例:P5 常发生于饱和松散砂土、饱和砂砾土、饱和粉质粘土 液化问题的实质是动强度问题,因其强度丧失的急剧性和突发性特点,液化又不同于一
2、般的动强度问题。液化是任何物质转变为液体的作用和过程。第4页,共43页。液化危害案例1964年日本新泻7.6级地震:河岸砂土地基液化,塌房2130栋,损房9320栋 1966年邢台6.7级地震:滏阳河沿岸上千平方公里砂土液化,造成大面积喷砂冒水、岸坡塌滑、建筑物破坏 1975年营口7.3级地震 1976年唐山7.8级地震 都造成大面积砂土液化现象第5页,共43页。4.1.1 液化的概念 在无粘性土中,液化是由固态到液态的状态改变,是孔压增加、有效应力减小的结果,与起始扰动的原因、变形或地面破坏运动等无关;液化产生剪切强度的瞬时丧失,但不产生剪切强度较长期的减小。研究土体液化的目的:(1)控制土
3、体液化的发生、发展,保证建筑物与地基稳定;(2)利用振动密实方法防止液化,处理不良地基。第6页,共43页。4.1.2 土的液化机理 4.1.2.1 液化的发展阶段及产生条件 在振动荷载的持续作用下,饱和砂土经历了压力由土粒传给孔隙水(振动液化),又由孔隙水传给土粒(振动压密)的两个发展阶段,即振动液化和振动压密(二者有区别,又有联系)。从振动液化的发展阶段分析,饱和砂土发生液化现象必须同时具备两个基本条件: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);第7页,共43页。4.1.2 土的液化机理 2、在土体结构发生破坏后,土粒发生位移的趋势不是松胀而是压密。若振动作
4、用的强度较小(力幅小或持续时间短),不会使土的结构发生破坏,则不会出现孔压上升、变形增大、强度降低的现象。只有当动强度超过前述的临界加速度(持续时间一定或无限制)或超过临界的振次(幅值一定)时,才会出现明显的孔压上升和变形增大。最后,当动荷加速度达到破坏加速度或动荷循环次数达到破坏振次时,孔压的上升到可能的最大值。第8页,共43页。4.1.2 土的液化机理 4.1.2.2 液化的发展趋势 初始液化发生,当孔压等于侧压后,动荷的继续作用将会引起两种可能的情况:一是每周完成的孔压等于侧压,变形持续发展,发生无限流动;二是每周只产生有限的变形,发生往返性的有限流动,这是由于土有一定的阻力,或土的松胀
5、(使孔压降低)或土在荷载作用下的硬化。第9页,共43页。4.2 影响饱和土振动液化的主要因素 饱和砂土是否发生液化,取决于一系列因素,影响饱和砂土振动液化可能性的主要影响因素有:1.土性条件:主要指土的颗粒特征(包括颗粒组成、颗粒形状),土的密度特征、结构特征(即胶结状况和颗粒排列状况)以及土体的饱和状态等;2.初始应力条件:主要指动荷施加以前土所承受的法向应力和剪应力以及他们的组合;第10页,共43页。4.2 影响饱和土振动液化的主要因素 3.动荷条件:主要指动荷的波型、振幅、频率、持续时间以及作用方向等;4.排水条件:主要指土的透水程度,排渗路径及排渗边界条件。第11页,共43页。(一)土
6、性条件 1.土的颗粒特征:土粒愈粗,动力稳定性愈高。从粗砂中砂细砂粉砂,液化可能性逐渐增大;不均匀系数 的砂土一般较难发生液化。土中粘粒含量增加到一定程度时,土的动力稳定性将有所增大,液化的可能性相应降低。2.土的密度特征:土的相对密度愈大,抗液化强度愈高。故增大砂土的密度是抗液化、增加其稳定性的良好途径。注意:特殊情况。10cu第12页,共43页。图4-1 粒径对液化的影响第13页,共43页。图4-2 土密实度对液化的影响第14页,共43页。图4-3 粒径、级配对液化的影响第15页,共43页。(一)土性条件 3.土的结构特征:土的排列和胶结状况不同,抗液化的能力也不同。排列结构稳定和胶结状况
7、良好的土均具有较高的抗液化能力。原状土比重塑土难液化;古砂层比新砂层难液化;遭受过地震的砂土比未遭受地震的砂土难液化;土粒排列中主要接触方向角大的土比方向角小的土难液化。第16页,共43页。(一)土性条件 4.土的饱和度:土的饱和度愈小,及起始孔压系数B愈小,达到初始液化所需的循环次数愈多,抗液化强度愈高。初始饱和度较低的土,只要动应力足够,仍然能够达到液化。由于饱和度稍有变化,孔压系数B将有很大变化,故饱和度的影响不容忽视。第17页,共43页。图 4-4图4-5 孔压、循环次数的影响第18页,共43页。图4-6 孔压、循环次数的影响第19页,共43页。(二)初始应力条件振前土的起始应力状态,
8、显著影响土的抗液化能力。在水平表面侧限试验条件下,上覆有效应力愈大,液化的可能性愈小,临界加速度与上覆有效应力之间具有直线关系;在三轴试验条件下,起始固结应力比愈大,抗液化的能力也愈大。附加荷重是一种公认的抗液化措施,它可以在一定程度上弥补饱和砂土密度的不足。第20页,共43页。图4-7 初始应力状态的影响第21页,共43页。图 4-8第22页,共43页。(三)动荷条件动荷条件:包括动荷的波形、振幅、频率、持续时间以及作用方向等。1、动荷波形:冲击型波荷载作用时,孔隙水压力突然增高;振动型波荷载作用时,孔隙水压力逐渐上升。砂土的抗液化能力大小排序:冲击型波荷载振动型波荷载正弦波荷载。2、振幅和
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