土動(dòng)力學(xué)5-1課件

第五章土的動(dòng)力指標(biāo)及其測(cè)定第四節(jié)模型試驗(yàn)──強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的研究5/13/2024土動(dòng)力學(xué)一、模型試驗(yàn)的任務(wù)在設(shè)計(jì)的模型上以?xún)x器設(shè)備為工具，以各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)為手段，在動(dòng)荷載作用下，通過(guò)測(cè)試與模型的工作性能有關(guān)的各種參數(shù)，從強(qiáng)度、剛度、抗裂性以及模型的破壞形態(tài)等各個(gè)方面來(lái)判斷實(shí)際構(gòu)筑物的實(shí)際工作性能，估計(jì)實(shí)際構(gòu)筑物的承載能力，確定實(shí)際構(gòu)筑物對(duì)使用要求的符合程度，并用以檢驗(yàn)和發(fā)展土動(dòng)力學(xué)的計(jì)算理論。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)二、模型試驗(yàn)的目的生產(chǎn)性試驗(yàn)的目的綜合鑒定土工構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量，評(píng)價(jià)工程的可靠程度。檢驗(yàn)已建構(gòu)筑物的現(xiàn)有可靠性，推斷和估計(jì)構(gòu)筑物的剩余壽命鑒定構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)性能判斷構(gòu)筑物的實(shí)際承載能力，為工程改造、擴(kuò)建和加固提供參數(shù)為處理工程事故提供技術(shù)依據(jù)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)科研性試驗(yàn)的目的驗(yàn)證土工構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)理論、假定和計(jì)算方法為制定抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程提供依據(jù)為發(fā)展和推廣新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)三、模型試驗(yàn)的分類(lèi)1、按試驗(yàn)對(duì)象的尺寸分類(lèi)相似模型試驗(yàn)：要求比較嚴(yán)格的相似條件，即要求滿(mǎn)足幾何相似、力學(xué)相似和材料相似彈性模型試驗(yàn)強(qiáng)度模型試驗(yàn)縮尺模型試驗(yàn)：將原型結(jié)構(gòu)的幾何尺寸按比例縮小，不須遵循嚴(yán)格的相似條件5/13/2024土動(dòng)力學(xué)2、按試驗(yàn)荷載性質(zhì)分類(lèi)動(dòng)力荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)3、按試驗(yàn)所在場(chǎng)地分類(lèi)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)4、按試驗(yàn)結(jié)構(gòu)是否破壞分類(lèi)結(jié)構(gòu)破壞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)非破損試驗(yàn)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)四、模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施和試驗(yàn)分析等主要環(huán)節(jié)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)是極為重要和關(guān)鍵的一環(huán)對(duì)試驗(yàn)工作進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)和規(guī)劃確定試驗(yàn)的性質(zhì)與規(guī)模、試件設(shè)計(jì)、試驗(yàn)場(chǎng)所、加載與量測(cè)方案、專(zhuān)用試驗(yàn)裝置、安全技術(shù)措施經(jīng)費(fèi)預(yù)算和設(shè)備清單提出試驗(yàn)大綱和進(jìn)度計(jì)劃5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)對(duì)生產(chǎn)性試驗(yàn)，試驗(yàn)前必須進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究，收集已有的設(shè)計(jì)資料、施工日志、材料試驗(yàn)報(bào)告以及施工質(zhì)量檢查驗(yàn)收記錄等對(duì)于受災(zāi)損傷的構(gòu)筑物，必須了解受災(zāi)原因、過(guò)程和結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀5/13/2024土動(dòng)力學(xué)1、模型試驗(yàn)的試件設(shè)計(jì)試件可以是實(shí)際結(jié)構(gòu)的整體或它的一部分，也可以是單一的構(gòu)件應(yīng)考慮試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型之間的力學(xué)性能的相似關(guān)系，按相似理論進(jìn)行設(shè)計(jì)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件形狀要求試驗(yàn)時(shí)形成和實(shí)際工作相一致的應(yīng)力狀態(tài)必須注意邊界條件的模擬，使模型如實(shí)反映構(gòu)筑物的實(shí)際工作性狀5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件尺寸若試件尺寸太小，要考慮尺寸效應(yīng)的影響對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)尺寸常受試驗(yàn)加載條件等因素的限制振動(dòng)臺(tái)加載試驗(yàn)，受臺(tái)面尺寸、激振力大小等參數(shù)的限制，一般只能作縮尺的模型試驗(yàn)?zāi)壳皣?guó)內(nèi)能完成試件比例為1/50~1/4的各類(lèi)構(gòu)筑物的模型試驗(yàn)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件數(shù)量試件數(shù)量直接由參與研究問(wèn)題參數(shù)（分析因子）和相應(yīng)各種狀態(tài)（水平數(shù)）的影響來(lái)決定5/13/2024土動(dòng)力學(xué)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如果因子數(shù)和水平數(shù)增加，則試件數(shù)量隨之增加。對(duì)于多因素問(wèn)題，可采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法利用正交表從盡可能少的試件試驗(yàn)中掌握試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果之間的內(nèi)在規(guī)律（參閱有關(guān)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的專(zhuān)著）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以只需少量的試件得到主要信息，從而對(duì)研究問(wèn)題作出綜合評(píng)價(jià)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件組合數(shù)目設(shè)計(jì)實(shí)例3個(gè)分析因子，各2種狀態(tài)。由表可知：截面積增大，抗剪強(qiáng)度降低；砂漿強(qiáng)度或垂直應(yīng)力增大，抗剪強(qiáng)度增大5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件號(hào)砂漿強(qiáng)度（MPa）平均抗剪強(qiáng)度（MPa）1、50.50.1254、72.50.259試件號(hào)垂直應(yīng)力（MPa）平均抗剪強(qiáng)度（MPa）1、70.0640.1014、50.3020.2845/13/2024土動(dòng)力學(xué)2、模型試驗(yàn)的荷載設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)時(shí)的荷載作用應(yīng)使構(gòu)筑物處于某一種實(shí)際可能的最不利的工作狀態(tài)試驗(yàn)荷載的圖式要與構(gòu)筑物設(shè)計(jì)荷載圖式一樣在下列條件下可采用不同于設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載圖式對(duì)設(shè)計(jì)荷載圖式的合理性有所懷疑或?qū)嶋H情況有所改變采用等效荷載的方式，等效荷載的數(shù)值大小和分布形式要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算5/13/2024土動(dòng)力學(xué)采用等效荷載試驗(yàn)時(shí)，必須全面驗(yàn)算由于荷載圖式改變對(duì)構(gòu)筑物產(chǎn)生的各種影響。當(dāng)試驗(yàn)滿(mǎn)足強(qiáng)度等效而整體變形條件不等效時(shí)，則需進(jìn)行變形修正當(dāng)取彎度等效時(shí)，尚需驗(yàn)算剪力對(duì)構(gòu)筑物的影響。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)的加載制度試驗(yàn)加載制度是指模型試驗(yàn)進(jìn)行期間控制荷載與加載時(shí)間的關(guān)系，包括加載速度的快慢、加載設(shè)計(jì)間歇的長(zhǎng)短、分級(jí)荷載的大小和加載卸載循環(huán)的次數(shù)等試件的承載能力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的試件特征有關(guān)對(duì)于不同性質(zhì)的試驗(yàn)，必須根據(jù)試驗(yàn)的要求制定不同的加載制度5/13/2024土動(dòng)力學(xué)3、模型試驗(yàn)的觀測(cè)設(shè)計(jì)觀測(cè)項(xiàng)目撓度轉(zhuǎn)角局部變形控制截面上的最大應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的選擇與布置在滿(mǎn)足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，測(cè)點(diǎn)宜少不宜多測(cè)點(diǎn)的位置變形要有代表性布置一定數(shù)量的校核性測(cè)點(diǎn)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)儀器的選擇與測(cè)讀原則精度要求，最小測(cè)量單位不大于最大被測(cè)值的5％量程滿(mǎn)足最大應(yīng)變或撓度的要求，最大被測(cè)值不宜大于最大量程的80％同類(lèi)參數(shù)選用同樣的型號(hào)規(guī)格儀表，但在校核測(cè)點(diǎn)往往使用另一種類(lèi)型的儀表動(dòng)測(cè)儀表應(yīng)注意儀表的線性范圍、頻響特性和相位特性5/13/2024土動(dòng)力學(xué)4、模型試驗(yàn)的誤差控制試件制作誤差材料性能誤差模型試驗(yàn)由材料的試塊來(lái)確定材料強(qiáng)度。由材料標(biāo)準(zhǔn)試塊或試件確定的強(qiáng)度是一種名義強(qiáng)度。名義強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度之間存在誤差必須保證試塊材質(zhì)的同一性、同批試件砌筑工藝的同一性和試驗(yàn)齡期的同一性必須按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行材料試驗(yàn)，并注意試塊尺寸效應(yīng)和試驗(yàn)加荷速率對(duì)材料強(qiáng)度可能產(chǎn)生的誤差5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試件安裝誤差注意試件安裝就位的正確性正確確定荷載作用點(diǎn)的位置荷載和量測(cè)設(shè)備誤差定時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)量標(biāo)定結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法非標(biāo)準(zhǔn)誤差尺寸效應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的非線性關(guān)系對(duì)同批、同類(lèi)試件的試驗(yàn)方法、加載時(shí)間歷程應(yīng)加以統(tǒng)一5/13/2024土動(dòng)力學(xué)五、結(jié)構(gòu)模型的相似要求和相似常數(shù)要求模型和真型尺寸的幾何相似并保持一定的比例要求模型和真型的材料相似或具有某種相似關(guān)系要求施加于模型的荷載按真型荷載的某一比例縮小或放大5/13/2024土動(dòng)力學(xué)要求確定模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過(guò)程中各參與物理量的相似參數(shù)，并由此求得反映相似模型整個(gè)物理過(guò)程的相似條件模型必須和真型結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足相似要求，才能按相似條件由模型試驗(yàn)推算出真型結(jié)構(gòu)的相應(yīng)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果5/13/2024土動(dòng)力學(xué)1、幾何相似模型和真型結(jié)構(gòu)之間所有對(duì)應(yīng)部分尺寸成比例模型比例即為長(zhǎng)度相似常數(shù)式中下標(biāo)m與p分別表示模型和真型5/13/2024土動(dòng)力學(xué)模型和真型結(jié)構(gòu)的面積比、截面模量比和慣性矩比5/13/2024土動(dòng)力學(xué)位移的相似常數(shù)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)2、質(zhì)量相似在結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問(wèn)題中，要求結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布相似，質(zhì)量相似常數(shù)為對(duì)于具有分布質(zhì)量的部分，常用質(zhì)量密度相似常數(shù)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)3、荷載相似模型和真型在各對(duì)應(yīng)點(diǎn)所受的荷載方向一致，荷載大小成比例5/13/2024土動(dòng)力學(xué)當(dāng)需要考慮結(jié)構(gòu)自重的影響時(shí)，還需考慮重量分布的相似5/13/2024土動(dòng)力學(xué)4、物理相似模型與真型的各相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變、剛度和變形間的關(guān)系相似5/13/2024土動(dòng)力學(xué)剛度相似常數(shù)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5、時(shí)間相似在隨時(shí)間變化的過(guò)程中，要求模型和真型在對(duì)應(yīng)的時(shí)刻進(jìn)行比較，要求相對(duì)應(yīng)的時(shí)間成比例5/13/2024土動(dòng)力學(xué)6、邊界條件相似模型和真型在與外界接觸的區(qū)域內(nèi)的各種條件保持相似，即要求支承條件相似、約束情況相似以及邊界上受力情況相似5/13/2024土動(dòng)力學(xué)7、初始條件相似運(yùn)動(dòng)的初始條件包括初始狀態(tài)下的初始幾何位置以及質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度5/13/2024土動(dòng)力學(xué)六、結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)的過(guò)程客觀地反映出該模型工作的各有關(guān)物理量之間的相互關(guān)系由于模型和真型的相似關(guān)系，必然反映出模型和真型結(jié)構(gòu)相似常數(shù)之間的關(guān)系相似常數(shù)之間應(yīng)該滿(mǎn)足的關(guān)系就是模型與真型結(jié)構(gòu)之間的相似條件，這就是模型設(shè)計(jì)需要遵循的原則5/13/2024土動(dòng)力學(xué)方程分析法描述物理過(guò)程的方程經(jīng)過(guò)相似常數(shù)的轉(zhuǎn)換，可獲得相似準(zhǔn)數(shù)當(dāng)要求模型的彎矩、應(yīng)力、撓度與真型結(jié)構(gòu)相似時(shí)，則彎矩、應(yīng)力、撓度的相似常數(shù)分別為5/13/2024土動(dòng)力學(xué)模型和真型應(yīng)該滿(mǎn)足的相似條件5/13/2024土動(dòng)力學(xué)由模型試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)可以按相似條件推算出真型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)一般模型的相似常數(shù)的個(gè)數(shù)多于相似條件的數(shù)目模型設(shè)計(jì)時(shí)往往首先確定幾何比例，即幾何相似常數(shù)Sl一般情況下，經(jīng)常先確定模型材料，并由此確定SE；再根據(jù)相似條件推導(dǎo)出其它物理量的相似常數(shù)的數(shù)值當(dāng)模型設(shè)計(jì)首先確定Sl和SE時(shí)，則其它物理量的相似常數(shù)就都是Sl和SE的函數(shù)或等于15/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)在模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)時(shí)，如果假設(shè)模型與真型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力相等，則試驗(yàn)中常采用人工質(zhì)量的方法，即在模型結(jié)構(gòu)上增加荷載來(lái)彌補(bǔ)材料容重不足所產(chǎn)生的影響。但附加的人工質(zhì)量必須不改變結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性特性5/13/2024土動(dòng)力學(xué)如果采用與真型結(jié)構(gòu)同樣的材料制作模型，當(dāng)模型比例很小時(shí)，則模型試驗(yàn)得到的應(yīng)力和撓度比真型的應(yīng)力和撓度要小得多，必須提高模型試驗(yàn)的量測(cè)精度5/13/2024土動(dòng)力學(xué)量綱分析法根據(jù)方程式量綱和諧的原理，不要求建立現(xiàn)象的方程式，只要求強(qiáng)度哪些物理量參與所研究的現(xiàn)象被量測(cè)的量的種類(lèi)稱(chēng)為量綱量綱只區(qū)別量的種類(lèi)，而不區(qū)別同一量的不同量度單位量綱實(shí)質(zhì)上是廣義的量度單位，同一類(lèi)型的物理量具有相同的量綱5/13/2024土動(dòng)力學(xué)在實(shí)際工作中，常選擇少數(shù)幾個(gè)基本物理量的量綱作為基本量綱，而由它們導(dǎo)出其它物理量的量綱在物理學(xué)中，一般選用質(zhì)量的量綱[M]，長(zhǎng)度的量綱[L]和時(shí)間的量綱[T]作為基本量綱，稱(chēng)為質(zhì)量系統(tǒng)在工程學(xué)中，則選用力的量綱[F]，長(zhǎng)度的量綱[L]和時(shí)間的量綱[T]作為基本量綱，稱(chēng)為力量系統(tǒng)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)七、模型材料和模型制作模型材料相似設(shè)計(jì)要求模型和原型能描述同一物理現(xiàn)象，要求模型材料和原型材料的物理性能、力學(xué)性能和加工性能相似模型材料可分為彈性模型材料和強(qiáng)度模型材料兩大類(lèi)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)彈性模型材料金屬常用鋼材、銅、鋁合金塑料熱固性的環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂熱塑性的聚氯乙烯、有機(jī)玻璃石膏5/13/2024土動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度模型材料水泥砂漿微?；炷镰h(huán)氧微粒混凝土鋼材模型鋼筋模型砌塊5/13/2024土動(dòng)力學(xué)模型制作水泥砂漿、微?；炷痢h(huán)氧物理混凝土模型砌體結(jié)構(gòu)模型鋼結(jié)構(gòu)及其它金屬模型有機(jī)玻璃模型5/13/2024土動(dòng)力學(xué)黃土是第四紀(jì)形成的一種特殊的土狀堆積物。顏色主要呈黃色或褐黃色，以粉土顆粒為主，富含碳酸鹽，具有大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具有濕陷性。凡具備上述全部特征的土即為典型黃土，與之類(lèi)似但有的特征不明顯的土稱(chēng)為黃土狀土。在我國(guó)西北地區(qū)大面積分布的黃土中約占總數(shù)四分之三的是具有濕陷性的黃土。八、實(shí)例──強(qiáng)夯法處理濕陷性黃土地基的模型試驗(yàn)研究5/13/2024土動(dòng)力學(xué)黃土的濕陷性黃土在一定的壓力作用下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的性質(zhì)，叫做黃土的濕陷性。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)強(qiáng)夯法（Strongcompact)是利用重錘的自由落體運(yùn)動(dòng)，對(duì)地基土體反復(fù)施加強(qiáng)大的夯擊能，這種夯擊能以沖擊波的形式向土體深部傳播，是地表以下一定深度范圍內(nèi)的土體得到夯實(shí)。強(qiáng)夯改善了黃土的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)了地基遇水后的穩(wěn)定性，使一定深度內(nèi)地基土的濕陷性得以消除。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)研究問(wèn)題怎樣確定強(qiáng)夯消除黃土地基濕陷性的有效深度怎樣確定強(qiáng)夯的主要參數(shù)強(qiáng)夯消除濕陷性的機(jī)理5/13/2024土動(dòng)力學(xué)研究方法通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究強(qiáng)夯變量與有效深度之間的關(guān)系強(qiáng)夯變量包括夯錘重量W、落距H、夯錘半徑r、夯擊次數(shù)N、地基土的干容重γd、地基土的含水量w對(duì)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，得出有效深度與夯沉量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系通過(guò)對(duì)強(qiáng)夯前后黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的研究和微觀結(jié)構(gòu)分析，探討強(qiáng)夯消除黃土濕陷性的機(jī)理5/13/2024土動(dòng)力學(xué)1、物性指標(biāo)與濕陷系數(shù)的關(guān)系黃土的物質(zhì)構(gòu)成和基本性質(zhì)，影響著它的濕陷性大小和敏感程度黃土的顆粒成分、水溶鹽含量、顯微結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)等與黃土濕陷性有密切的關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)是反映巖土濕陷性的主要指標(biāo)。有關(guān)規(guī)范規(guī)定：濕陷系數(shù)δ≥0.015的黃土層，稱(chēng)為濕陷性黃土；δ<0.015的黃土層，稱(chēng)為非濕陷性黃土。濕陷程度：0.015≤δ<0.03輕微濕陷0.03≤δ<0.07中等濕陷0.07≤δ強(qiáng)烈濕陷5/13/2024土動(dòng)力學(xué)濕陷系數(shù)大致上隨干容重的增大而減小干容重相同的試樣，含水量越高，濕陷系數(shù)越低干容重小時(shí)，含水量的變化對(duì)濕陷系數(shù)的影響很大。干容重大時(shí)，含水量的變化對(duì)濕陷系數(shù)的影響減小。強(qiáng)夯使土的干容重有很大的增加，這是強(qiáng)夯消除黃土濕陷性的一個(gè)重要因素5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)

地區(qū)性質(zhì)蘭州樞紐蘭州西站牟家莊桃樹(shù)坪東崗含水量8.10-28.75.10-30.913.1-29.26.60-17.211.3-31.0容重1.59-2.011.31-2.031.42-1.991.40-1.861.34-1.93干容重1.40-1.671.20-1.761.26-1.581.22-1.611.20-1.51孔隙比0.582-0.9270.715-1.1510.713-1.1360.685-1.0030.815-1.135飽和度26.9-81.512.9-86.336.5-82.613.3-63.422.6-91.1液限20.8-31.221.1-30.224.4-32.523.8-26.824.6-38.3塑性指數(shù)6.2-12.95.2-11.28.2-13.67.8-9.37.6-12.9液性指數(shù)-0.69~1.10-0.76~1.12-0.83~0.73-0.85~1.19壓縮系數(shù)0.2-1.270.21-1.240.19-1.310.19-1.23濕陷系數(shù)0-0.0730-0.0950.003-0.1050.001-0.1240-0.1125/13/2024土動(dòng)力學(xué)蘭州濕陷性黃土的特征顆粒成分以粉粒為主，占總含量的60％以上，粘粒含量約20％，砂粒含量小于20％。礦物成分以石英、長(zhǎng)石、方解石等為主，占80～90％，粘土礦物以伊利石為主，約占10％。化學(xué)成分以SiO2為主，占57.6%，Al2O3含量大于10％。易溶鹽含量約0.57%，離子類(lèi)型為Cl-Na型，石膏含量約0.45%。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)蘭州黃土的結(jié)構(gòu)疏松，具有多孔性，具有肉眼可見(jiàn)的大孔隙，干容重小，孔隙比大。這種疏松的大孔結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生濕陷的有利空間條件。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)含水量7.4~22.1%，容重13.5~15.2kN/m3，干容重12.6~13.52kN/m3，比重2.70，孔隙比1.02~1.13，飽和度17.7~34.4%，液限25.3~29.3%，塑限15.3~16.5%，塑性指數(shù)8.8~12.2，壓縮系數(shù)0.41~0.61MPa-1，內(nèi)摩擦角25°，粘聚力30kPa5/13/2024土動(dòng)力學(xué)濕陷特征濕陷系數(shù)0.062~0.084，強(qiáng)烈濕陷濕陷起始?jí)毫?5kPa，是我國(guó)典型的自重濕陷性黃土。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)黃土的濕陷性受多種因素的影響，濕陷系數(shù)與物性指標(biāo)之間不存在確定性的數(shù)學(xué)關(guān)系僅存在某種相關(guān)關(guān)系。多元回歸分析有助于了解物性指標(biāo)與濕陷系數(shù)的相關(guān)關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)濕陷系數(shù)與干容重、含水量的關(guān)系濕陷系數(shù)隨干容重的增大而減小。干容重相同，含水量越大，濕陷系數(shù)越小。5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，黃土物性指標(biāo)多呈正態(tài)分布從蘭州地區(qū)五個(gè)場(chǎng)地中篩取230組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個(gè)三元正態(tài)分布的樣本，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析可得出蘭州地區(qū)黃河南岸黃土的濕陷系數(shù)預(yù)測(cè)模型5/13/2024土動(dòng)力學(xué)濕陷性黃土的飽和度一般為30-80%，當(dāng)濕陷系數(shù)等于0.015時(shí)，地基消除濕陷性的最小干容重為1.44-1.50kN/m3.當(dāng)干容重大于1.50kN/m3時(shí)，地基土不再具有濕陷性因此，干容重可以作為檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果的重要指標(biāo)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)2、夯沉量與夯擊能的關(guān)系地基表面在重錘作用下的夯擊下沉量稱(chēng)為夯沉量（S）夯沉量隨夯擊次數(shù)的增加而增加單擊夯沉量（ΔS)隨擊次的增加而減小，表明地基土體越夯越密實(shí)夯沉量是加固效果的直觀反映夯沉量的大小與錘重W、落距H、擊次N有關(guān)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)研究思路夯錘在空中具有一定的勢(shì)能夯錘在自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中獲得動(dòng)能夯錘撞擊地面后與地面一起朝下運(yùn)動(dòng)一段距離能量守恒定律和撞擊理論是強(qiáng)夯法的理論基礎(chǔ)據(jù)此可以建立夯沉量和夯擊能之間的關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)定義每一擊的錘底單位面積上的夯擊能為單擊夯擊能5/13/2024土動(dòng)力學(xué)根據(jù)曲線的形狀可以采用自然對(duì)數(shù)曲線S=a+blnEg或指數(shù)曲線S=aeb/Eg方程來(lái)擬合5/13/2024土動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，采用自然對(duì)數(shù)曲線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的S-Eg曲線進(jìn)行擬合，相關(guān)系數(shù)較大，標(biāo)準(zhǔn)離差較小應(yīng)用最小二乘法原理進(jìn)行非線性回歸來(lái)求夯沉量與夯擊能之間的關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)定義S=0時(shí)的夯擊能為起始夯擊能Eg0起始夯擊能小，表明土層容易夯實(shí)，地基加固效果好，5/13/2024土動(dòng)力學(xué)起始夯擊能和系數(shù)b隨單擊單位面積上的夯擊能的增加而增加bEg0Eg10.65625.948450.57216.143350.43412.495300.34913.253250.2520.17912.3287.70815.612.55/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)夯沉量的預(yù)測(cè)模型單擊夯沉量隨擊次增加而減小。一般規(guī)定最后兩擊的單擊夯沉量ΔS≤0.03m時(shí)結(jié)束夯擊。這時(shí)的擊次稱(chēng)為界限擊次可用上式來(lái)估算不同單擊夯擊能的界限擊次還可用上式進(jìn)行強(qiáng)夯參數(shù)的最優(yōu)組合設(shè)計(jì)，首先考慮提高落距，其次考慮增加錘重，確定了錘重和落距之后，再利用上式來(lái)選擇界限擊次5/13/2024土動(dòng)力學(xué)應(yīng)用實(shí)例蘭州樞紐辦公樓試驗(yàn)區(qū)采用錘重10t，落距10m，夯錘底面積為4m2，Eg1＝25tm/m2，夯擊次數(shù)為15次，夯沉量為1.115m。夯后實(shí)測(cè)地基消除濕陷性的有效深度小于4.5m統(tǒng)計(jì)蘭州地區(qū)強(qiáng)夯試驗(yàn)資料可知，夯沉量達(dá)到1.5m時(shí)，有效深度可達(dá)5m以上5/13/2024土動(dòng)力學(xué)更改設(shè)計(jì)參數(shù)，將落距提高至20m，則Eg1＝50tm/m2，按模型預(yù)測(cè)，夯擊5次，夯沉量為1.65m，有效深度將超過(guò)5m5/13/2024土動(dòng)力學(xué)地基土的性質(zhì)對(duì)夯沉量的影響當(dāng)含水量小于10％時(shí)，土體表層較堅(jiān)硬，土顆粒之間摩阻力較大，妨礙夯擊能量有效向縱深傳遞，不易壓實(shí)，使夯沉量減小若含水量過(guò)大，顆粒之間孔隙內(nèi)自由水增多，夯擊能量部分消耗于驅(qū)使自由水流動(dòng)，表層土容易夯成橡皮土。土體往側(cè)向擠出，夯坑周?chē)耐谅∑?，夯沉量不能真?shí)地反映土的垂向壓密狀態(tài)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)研究表明，含水量為10～20％時(shí)，夯實(shí)效果較好當(dāng)含水量小于10％時(shí)，可在夯前進(jìn)行預(yù)浸水處理但要嚴(yán)格控制水量，不使表層土含水量過(guò)大，還應(yīng)注意使整個(gè)場(chǎng)地浸水均勻5/13/2024土動(dòng)力學(xué)天然孔隙比大的土結(jié)構(gòu)疏松，夯沉量較大回填土的夯沉量比天然地基土大5/13/2024土動(dòng)力學(xué)夯擊參數(shù)的最優(yōu)組合錘重落距擊次最優(yōu)組合5/13/2024土動(dòng)力學(xué)3、消除濕陷性的有效深度法國(guó)L.Menard(1975)提出預(yù)估影響深度的經(jīng)驗(yàn)公式為5/13/2024土動(dòng)力學(xué)有效深度的影響因素錘重W落距H擊次N錘底半徑r干容重γ含水量w5/13/2024土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)裝置由試驗(yàn)圓桶、夯錘、導(dǎo)桿及墊板等組成測(cè)試裝置包括動(dòng)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、預(yù)調(diào)平衡箱等測(cè)試元件為紙基電阻應(yīng)變片5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試樣制備5/13/2024土動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)操作情景5/13/2024土動(dòng)力學(xué)有效夯擊能通過(guò)墊板真正作用與土體的夯擊能稱(chēng)為有效夯擊能質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的總動(dòng)能為5/13/2024土動(dòng)力學(xué)夯實(shí)前后干容重的變化與體積應(yīng)變的關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)相對(duì)深度與體積應(yīng)變的關(guān)系5/13/2024土動(dòng)力學(xué)負(fù)指數(shù)回歸方程5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)模型試驗(yàn)的回歸模式5/13/2024土動(dòng)力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)的主要意義在于尋找夯擊能量與土體應(yīng)變之間的關(guān)系，觀察含水量變化對(duì)強(qiáng)夯有效深度的影響5/13/2024土動(dòng)力學(xué)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力學(xué)5/13/2024土動(dòng)力