侧限条件下饱和砂土的液化机理研究

利用土工动态真三轴仪进行侧限条件下饱和砂土的液化试验研究。通过对应力时程曲线及有效应力路径的分析发现,侧限条件下循环荷载试验中饱和砂土达到初始液化后孔隙水压力和围压随轴向动荷载同步等值变化,广义剪应力和有效平均主应力始终保持在液化应力水平,基于以上现象提出"持续液化"的概念,与常规试验中的"瞬时液化"进行比较发现,常规试验中影响土体剪胀性的因素,如密度、固结比、粒径,并不会影响侧限条件下循环荷载试验中"持续液化"的发生。     

珊瑚礁钙质沉积物液化特性及其机理研究

针对南沙群岛永暑礁小澙湖珊瑚礁沉积物-钙质砂土的多孔隙及颗粒破碎特点,利用现场原位扁铲侧胀试验和室内动静三轴-扭剪试验手段,开展不同条件下钙质砂土的液化特性分析。试验结果表明,在7度地震烈度下浅海钙质砂土会发生液化;在波浪荷载作用下,饱和钙质砂土峰值孔压随振动次数的增加可分为抛物线型增长、线性增长、指数型增长和稳定状态等四个阶段,而每一阶段均对应有钙质砂颗粒间孔隙和内孔隙的不断调整和破碎过程;在均压固结条件下其液化机理归结为流滑破坏。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

真三轴条件下上海软土的孔隙水压力特性分析

基于上海软土的真三轴试验结果,研究不同中主应力系数b值下,上海软土的孔隙水压力发展规律。探寻孔隙水压力变化与土体剪缩之间的关系,寻求真三轴条件下,孔隙水压力与偏差应力之间的定量关系。从主应变关系的角度,分析上海软土在真三轴条件下的剪切特性。研究表明,土体的剪胀(剪缩)特性与孔隙水压力的减小(增大)密切相关。与常规三轴条件下所得结果相似,孔隙水压力与偏差应力之间呈现线性相关关系,但在中主应力系数b值的影响下,两者的线性斜率发生变化。通过回归分析,建立孔隙水压力与偏差应力之间的定量关系。最后,采用此关系对试验资料进行拟合,拟合结果与试验值吻合度较好。     

粉粒夹层对饱和砂土液化特性影响的试验研究

为了能更好地反映粉粒夹层对自然界中沉积或吹填土层动力特性的影响,将土颗粒进行筛分后制备含粉粒夹层的饱和土样。采用应变控制加载方式进行一系列动三轴试验,分析了粉粒夹层对饱和砂土的抗液化强度和动孔隙水压力发展规律的影响。研究结果表明,粉粒夹层的存在对循环荷载作用下饱和砂土抗液化强度和动孔隙水压力的发展规律有显著影响,若忽视粉粒夹层对饱和砂土抗液化强度的影响,将会使液化判别得到偏于不利或保守的结论。     

新近吹填土的真空动力固结加固效果试验研究

真空动力固结法将强夯技术和真空降排水技术有机结合起来,利用真空降水技术对土体进行有效预压,同时利用真空排水技术加速强夯过程中超静孔隙水压力消散和孔隙水排出,提高土体强度、降低压缩性、改善砂土抗液化条件。真空动力固结法目前国内外应用研究比较少,不能简单套用已有的动力固结经验,须通过现场试验研究以完善设计方法和施工工艺。针对某工业基地新近吹填完成的大面积淤质粉细砂土,采用真空动力固结法进行地基处理试验研究并获得成功,产生了显著的技术经济效果,为后续大面积处理施工提供了决策依据及工程经验,可供类似吹填造地工程参考。     

一种基于能量孔隙水压力模型的饱和砂土液化风险评估方法

根据场地液化风险评估结果,采用相应措施对场地进行治理,可避免液化引起的破坏,因此场地液化评估具有重要的研究价值。基于双向动三轴数值试验,以地震波阿里亚斯强度为能量参数,建立一种新的能量孔隙水压力模型,同时研究固结压力和固结比对孔隙水压力模型的影响;利用饱和福建标准砂动三轴试验结果验证该能量孔隙水压力模型的合理性和准确性;基于能量孔隙水压力模型,考虑渗透性以及剪应力折减函数对孔隙水压力的影响,建立一种新的场地液化风险评估方法,并利用离心机振动台试验和数值试验验证该评估方法。结果表明,该评估方法能够准确地预测出土体孔隙水压力的产生和累积规律,因此可用于场地液化风险的评估。     

高频振动时振动频率对饱和密砂动力特性影响试验研究

为研究饱和密砂土地基高频振动沉桩过程中土体动力特性,采用高频振动三轴仪对饱和密砂土进行不同振动频率下的振动液化试验,根据试验结果,给出液化时间t、液化振次NL、振动频率f三者的关系式。研究频率改变对动孔隙水压力随时间振次增长的影响,并将试验得出的孔压比和振次比关系与已有的动孔压应力模型比较,发现频率的提高会改变曲线形态。频率对饱和密砂振动过程中轴向应变的发展有显著影响,频率提高会降低砂土液化时的轴向应变,不同的振动频率会改变砂土液化前轴向应变随时间和振次的增长速度,影响轴向应变比与振次比关系。     

边界条件对土体强度的影响

对上海原状淤泥质粉质粘土进行了不同围压下的固结不排水平面应变试验和常规三轴试验;记录了整个试验过程中土体的应力～应变关系、孔隙水压力的变化以及侧向变形的发展情况。得出以下结论：（1）在常规三轴试验条件下土体的强度要小于平面应变试验条件下土体的强度;（2）不同边界条件下土体的强度有一定的关系。     

在动荷载作用下饱和砂土的液化及其强度

本文应用惯性力式双向振动三轴仪模拟了工程上常见的三种应力状态,对饱和砂土进行液化试验,求出孔隙水压力、动强度等一系列指标,供工程的抗震稳定分析参考和应用。此外,还对动孔隙水压力过程线的波峰中出现的“凹槽”进行了分析和解释。     

循环荷载下滨海风积砂孔压发展规律试验研究

利用GDS动三轴试验系统,在不同的基准应变下对福建漳浦滨海风积砂施加不同幅值的等幅循环应变荷载,分析了滨海风积砂在循环应变作用下的孔压发展规律。试验结果表明:滨海风积砂的孔压在初始段迅速增长,之后循环应变幅值不同,孔压有不同的动力响应。小幅值作用下,过渡段大致为“S”发展趋势,后期试样结构崩溃,孔压值迅速达到围压值。密实砂抗液化能力随着基准应变的增大和循环应变幅值的减小而增大,但是中密砂受基准应变的影响很小。根据实验数据建立孔压增长对数模型,模拟结果与试验结果一致性较好。     

可液化场地地震振动孔隙水压力增长研究的大型振动台试验及其数值模拟

基于数值模拟基本假设,运用有效应力原理以及振动孔隙水压力增长经验模式,采用应力循环孔压增量计算方法,直接针对非自由可液化场地基地震反应的大型振动台试验建立数值计算模型,并据此进行可液化场地基孔压动力增长数值模拟。数值模拟结果表明:分别在0.15g和0.50g El Centro波输入下,孔压在13 s之前无明显变化,至13 s瞬时增长,20 s左右达到最大值,并且自下而上峰期孔压比逐步增大;其中0.5g El Centro波输入下整个土层达到全部液化的孔压比,而0.15g El Centro波输入下仅上部土层具有局部液化的孔压比。同时由数值模拟结果可发现:由于桩-土动力相互作用,致使近桩区孔压较远桩区孔压高且在桩周附近形成一定孔压梯度,但对孔压增长趋势无太大影响;数值模拟获得的地基振动孔隙水压力增长规律与试验记录基本保持一致。总的来讲,这种孔压动力增长的数值模拟方法,在强震输入下基本能够刻画土层中孔压的动力增长过程,而弱震输入下的计算误差较明显。     

双向耦合剪切条件下饱和砂土动强度特性试验研究

针对饱和粉细砂,利用双向耦合多功能剪切仪进行了均等固结条件下的循环耦合剪切试验。应用已有的动强度定义,着重研究了双向动荷载的相位差β,双向动荷载的幅值比值λ对砂土动强度及孔压特性的影响。实验结果表明,砂土液化动强度与相位差β及幅值之比λ密切相关,现有的动强度定义在复杂加载情况下具有一定局限性;双向动荷载相位差β以及幅值比值λ对孔隙水压力增长速度影响显著,但对归一化孔隙水压力发展模式没有显著的影响。     

标准砂液化试验的几个问题

用机械式及液压式振动三轴仪进行标准砂的液化试验,以比较仪器型式对动强度的影响;还比较了试样尺寸的影响。进行了等压及不等压固结条件下的两组试验。讨论了仪器型式、破坏标准及动强度指标等问题。     

沉积成层饱和粉土质砂振动孔压发展规律的试验研究

具有层状结构砂土的力学特性有别于纯净的砂土或含有一定细粒含量均匀混合砂土,利用自行制作的土样制备箱采用水中沉砂法制备沉积成层粉土质砂,通过动三轴液化试验研究这种沉积成层饱和粉土质砂的振动孔压发展规律。试验结果发现:对于沉积成层饱和粉土质砂,孔压一般达不到有效固结压力,仅为有效固结压力的70%~80%,而相应的轴向双幅应变可达到0.05左右;当围压为50 kPa时,其振动孔压发展模式可用反正弦函数表示;当围压为100,200 kPa时,其振动孔压发展模式都可用双曲线函数表示。     

前期动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响

 低塑性粉土广泛存在于世界范围内,在地震中容易产生液化现象,然而一些基础设施破坏不仅见于地震中也发生在地震后,这就决定了研究低塑性粉土震后行为的必要性。以美国中部密西西比河沿岸低塑性粉土为试验材料,研究动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响。在动三轴仪上对试样施加动载引起超孔隙水压力,排水重固结后,分别对2组震动后试样进行静态和动态三轴强度试验。试验结果表明,当液化水平小于0.70时,前期动载对粉土的不排水剪切强度影响不大;相反地,只有当液化水平大于0.70,密西西比河沿岸粉土的震后重固结体积应变和不排水剪切强度才伴随着液化水平的提高显著增加,但相对于砂土而言,重固结体积应变在较低的液化水平时即有明显增加。与前期动载对不排水剪切强度的影响不同,当动载所引起的液化水平为0.35或轴向应变为0.2%时,抗液化强度达到最大值,若液化水平大于0.35,抗液化强度伴随液化水平提高而降低。如果前期荷载引起较大的压应变,在重固结后第二次动载循环中,轴向压力相比轴向拉力引起较小的超孔隙水压力。     

Liquefaction of Unsaturated Sand Considering the Pore Air Pressure and Volume Compressibility of the Soil Particle Skeleton

A series of cyclic triaxial tests of unsaturated soils was conducted to get a better understanding of the general liquefaction state of unsaturated soils. In the tests, cyclic shear strain was applied to fine clean sand with the same dry density but different initial suction states under the undrained condition. During cyclic shear, the volume change of the soil particle skeleton, the pore air pressure and the pore water pressure were measured continuously. Having used the effective stress defined by Bishop (Bishop et al., 1963), where the net stress and suction contribute to the effective stress, our test results showed that unsaturated sand specimens with quite a low degree of saturation lose their effective stress due to cyclic shear. At a zero effective stress state, unsaturated specimens behaved similarly to liquids in much the same way as saturated specimens. From experimental and theoretical considerations, the zero effective stress state (i.e., liquefaction) for unsaturated sand was found to have been established when both the pore air and water pressures build up to the point where it is equal to the initial total pressure. A volume change of pore air under the undrained condition, if a volume change of pore water is negligible, is equal to that of the soil particle skeleton. Therefore, it can be concluded that the liquefaction of unsaturated soil generally depends on the volume compressibility of the soil particle skeleton and the degree of saturation. On the other hand, according to the ideal gas equation of Boyle-Charles law, the volume change required to bring about a zero effective stress state can be calculated from the initial pore air pressure (usually the atmospheric pressure) and the final pore air pressure (the initial confining pressure). Therefore, the liquefaction of unsaturated soils also depends on the initial confining pressure. Based on this concept, the liquefaction potential of unsaturated soil can be evaluated by comparing the volume compressibility of the soil particle skeleton and the volume change of the pore air required to bring about a zero effective stress state.     

反压对土体强度特性的影响试验研究及其影响机理分析

为提高试样饱和度,室内试验普遍采用反压饱和法,但现行规范中对其反压大小未做具体规定。该文利用竖向-扭转双向耦合剪切仪及全自动真三轴仪,针对福建标准砂(相对密实度30%、58%、70%)及细砂,进行了不同反压下单调排水与不排水剪切试验,分析不同反压下砂土的应力-应变关系、超静孔隙水压力发展规律。试验结果表明：反压对剪胀性砂土的固结不排水剪切强度具有显著影响,且剪胀性越大,其影响更显著;反压对剪缩性砂土的不排水抗剪强度影响不显著;反压对砂土固结排水抗剪强度的影响相对较小;反压对砂土有效抗剪强度指标基本没有影响。本文认为反压对剪胀性砂土的固结不排水抗剪强度产生影响的原因是：反压不同时,土体中的气液混合体的体积模量并不相同,因此相同的体胀趋势或相同的体积回弹下所引起的超静孔隙水压力不同,进而直接影响有效围压及其砂土抗剪强度;而土体发生剪缩时,气液混合体越接近刚体,其体积模量对反压的依赖性越小,因此,相同的剪缩趋势或相同的体积压缩量下,所产生的超静孔隙水压力与反压的大小没有显著的依赖关系,因此在剪缩状态下,反压对砂土的应力-应变关系及抗剪强度没有显著的影响。在固结排水试验中无论反压设定多大,不存在超静孔隙水压力,有效围压与反压大小无关,因此反压对砂土排水抗剪强度没有显著影响。