2013-12-15
土动力学
动荷载作用对工程建筑的影响


引起结构物振动 破坏地基 动力机器引起基础过大的振幅（甚至共 振） 高层建筑（20～30层）在软基上容易损 坏，而低层建筑（5～6层）在硬基上反 而比较容易损坏
土动力学
2013-12-15
地震工程中的土体



土体不仅指土材料，还包括土的分布和 几何尺寸 基岩的地震剪切波通过土层向上传播， 引起土层表面的运动，产生对基岩运动 的位移、速度和加速度反应。 根据土柱的横向振动理论，土柱顶点对 基岩运动的反应与土柱的自振特性有关
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土柱的自振圆频率


n=1,3,5…… 由公式中H可知土层表面对基岩地震运动的反 应不仅取决于土的力学性质，还取决于土层的 几何尺寸
土动力学
n ＝ 2H
G

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因为结构体系的地震反应取决于体系的 质量和刚度分布，因此靠近建筑物或斜 坡的点的地震反应也必将受到土的动力 学特性和土层几何尺寸的影响
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土动力学

近期发生的地震基本上处在环太平洋的 西部和欧亚地震带上，而这两个地震带 都是老的地震带，同时又都位于几大板 块的边缘。这些地震的发生意味着板块 的积压，板块撞击，因为地球是由几大 板块构成的，在它的边缘上发生一些重 大地震，意味着这些板块确实是在运动， 在活动，它的运动和活动标志着整个地 球的深部可能有动力源在活动。
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土动力学
3、不规则荷载

荷载随时间的变化没有规律可循，如地震荷载。
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土动力学
地震应力的统计性质


T=0.2～1.0s 持续时间和主要作用次数与震级有关， 震级越大，t和N值越大 每个脉冲的波形更接近于正弦变化的曲 线
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土动力学
第三节 动荷载对地基土的影响



当动荷载很小时，土颗粒之间的联结几乎没有 遭到破坏，土骨架的变形能够恢复，并且土颗 粒之间相互移动所损耗的能量也少，土处于理 想的弹－粘性力学状态 随动荷载增大，颗粒之间的联结遭到破坏，土 骨架产生不可恢复的变形。土颗粒之间相互移 动所损耗的能量增大，土越来越表现出非弹性 或塑性性能 当动荷载增大到一定程度时，土颗粒之间的联 结几乎完全破坏，土处于流动或破坏状态
土动力学
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中国是一个多地震的国家。 20世纪以来中国共发生

8级以上大震9次 7～7.9级地震99次 6～6.9级地震470余次 4.8级以上地震3800余次
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土动力学


20世纪以来中国陆地地震活动经历了四 个活跃期，目前正处于第五个活跃期。 期间可能发生多次7级以上的强震，强震 的主体地区在中国西部。
2013-12-15 土动力学

简谐荷载是工程中常用的荷载 简谐荷载与地震荷载的区别

振幅几乎不变 周期不变 持续作用次数大 非周期性 峰值可能不同 荷载总是动静荷载的组合

现场实际荷载与简谐荷载的差别

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土动力学
若干个振幅和周期各不相同的的 简谐荷载可相互叠加，组成一般 性的周期荷载。
土动力学

1964年新泻地震造成房屋倾斜
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土动力学
土动力学的发展是不平衡的

研究的荷载来源各不相同 对各种实际问题要求解决的迫切程度不 同
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土动力学
地震


最新的地震报道北京时间2005年10月8日 11时50分，在巴基斯坦（北纬34. 4度、东 经73.6度）发生7.8级地震，震中位于巴基 斯坦北部巴控克什米尔山区，距首都伊斯 兰堡约90公里，距我国和巴基斯坦边境线 约300公里。 巴基斯坦官员11月8日宣布，巴基斯坦在南 亚大地震中的死亡人数已经达到8．735万 人。


1、周期荷载（cyclic loading）
以同一振幅和周期往复循环作用的荷载称为周期荷载。周期荷载 的最简单形式是简谐荷载（harmonic loading）。简谐荷载随时 间t的变化规律可用正弦或余弦函数表示。 （2-2）
半周期内的峰值荷载P0，称为振幅。双 幅值2P0指在周期T内荷载变化的最大幅 度。
菲律宾地震

2003年5月27 号凌晨2点多， 印尼东北部地 区发生里氏6.4 级地震。此次 地震的震中位 于印尼马鲁古 省的莫罗
土动力学
2013-12-15

从2003年5月1日的土耳其地震开始，到5 月21日的阿尔及利亚地震，到5月26日的 日本地震、5月27日的印度尼西亚地震、 菲律宾地震，短短的20多天，就发生了5 次六级以上的地震。
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研究特点

注重土的室内试验和现场试验研究 注重工程经验的研究 注重实用的计算分析方法
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参考教材

方云等：《土力学》第十章 谢鼎义：《土动力学》1988 张克绪等：《土动力学》1989
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土动力学
第二章 动荷载特性
土动力学
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土动力学
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土动力学
地震


2005年3月20日日本福冈以西当地时间上 午10点53分发生里氏7级强烈地震，至20 日晚上9点止共发生83次余震。 伤亡人数超过500人，许多房屋被毁。
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土动力学
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土动力学
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土动力学
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土动力学

据介绍，伊朗地震灾害频发，全境共分 布4条地震带，其中最长最宽的一条从土 耳其、伊朗边境地区起，经过首都德黑 兰，向东延伸数百公里。更糟糕的是， 德黑兰地下还分布着北、南、东3条断层。 目前德黑兰小震不断。近年来德黑兰周 围地区发生了数起较大地震，2002年6月 22日凌晨加兹温发生了里氏6.3级的地震， 200多人在地震中丧生。
土动力学
soil dynamics
主讲 方 云
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土动力学
第一章 绪论


土动力学是研究各种动荷载作用下土的 变形强度特性及土体稳定性的一门学科 土力学中“stress”一词原定义包括“静 的”（static)和“动的”（dynamic)应力， 但传统土力学中通常仅意味静应力
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（2-3）
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土动力学
2、冲击荷载

冲击荷载是一种瞬时荷载，强度 大，持续时间短。
（2-4）
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土动力学
两个特点

只有一次脉冲作用 作用持续时间短（ms），压力升高速率 大
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土动力学
多脉冲瞬时动荷载
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土动力学
打桩引起的地表垂直加速度轨迹
土动力学
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ABCDEFG各点与基岩地震运动的时程 曲线明显不同

1、土体的放大效应
各点a max 1 基岩a max

2、各点f与基岩不同，加速度反应谱不 同
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土动神户地震

1995年1月17日凌晨5时47分日本神户发生里 氏7.2级地震，延续时间20秒 城市直下型活断层地震 经济损失1000亿美元 死亡6000多人，负伤3万多人 房屋毁损99515栋 路面开裂，地基变形，铁道弯曲，列车脱轨， 港口破坏，拦腰折断的大楼倒下来将道路隔截， 断裂的高速公路从几十米高处塌落下来
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2013-12-15


如果运动在相同的时间间隔内重现，就称为 周期运动。 运动重现一次称为一个循环。 单位时间内所完成的循环数，称为频率
f
2
Hz

完成一个循环所需要的时间，称为周期，以T 表示。 1 2 T (2 - 1)
f

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土动力学
动荷载可以分为三种类型
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2013-12-15

伊朗地震专家预测，未来几年里，德黑兰发生 7级左右地震的可能性极大。德黑兰建筑物的 抗震性能令人担忧。德黑兰建有160万套住房， 其中70万套属危旧住房。日本的地震专家经过 实地考察后认为，德黑兰大部分建筑不符合抗 大地震的要求，如果德黑兰发生7级地震，将 有约50万套住房倒塌，55%的建筑受损，财产 损失相当于伊朗国民收入的22%，将有38万人 丧生，国家将陷于瘫痪。
2013-12-15
土动力学
第一节 动、静问题的区别

加荷速度

T/4>几十秒 静力学问题 T/4<几十秒 动力学问题 微小应变范围（<10-5) 中等应变范围（10-5~10-3) 大应变范围（>10-3)

应变范围



循环效应
土动力学
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第二节 动荷载特性



荷载的大小、方向、作用位置随时间而变 化，且荷载对作用体系的动力效应不可忽 略。这样的荷载称为动荷载（dynamic load）。 动荷载的性质用振幅（amplitude vibrition）、频率（frequency）和持续作 用时间（duration of vibrition）来表示。 动荷载的持续作用时间用循环作用次数N 来表示。