震后黄土动力学特性试验研究

为了研究地震区震后黄土的动力性质,为黄土地区灾后重建提供合理可靠的地震安全性评价参数,本文通过对甘肃省永登地震区震后黄土的动力特性试验研究,探讨了震后黄土的土动力学特性,研究结果表明,震后黄土在动荷载作用下的动力学性质与该地区原状黄土的动力学性质有较大的差异,主要表现在动弹性模量地降低和残余变形(震陷)的明显增大特性。     

岷县漳县地震灾后重建场地黄土震害预测

通过对取自2013年岷县漳县Ms6.6地震影响区8个灾后重建安置点的黄土进行室内动、静三轴试验,研究了极震区2个灾后重建场地黄土的动、静力学特性,分析了地震影响区内3个灾后重建安置场地的黄土斜坡稳定性和5个场地黄土的震陷性;并结合安置点的地形地貌特点,对灾后重建场地潜在黄土地震地质灾害进行了预测。结果表明:极震区黄土在静力作用下具有明显的应力强化特性,在循环动荷载作用下具有刚度迅速衰减和粘滞性急剧增强的特征;MX-2和MX-3重建场地的斜坡在地震作用下存在失稳的可能;Ⅷ度以上地震作用下,MX-1、ZX-1、LT-1和LX-1场地存在产生不同破坏等级震陷灾害的风险;Ⅷ度以上地震作用下MX-1场地的黄土可产生液化,存在导致山体液化滑坡、泥流以及建构筑物地基失稳和不均匀沉降等地震灾害的风险。     

对黄土基本动力特性的认识

黄土高原是多地震地区,黄土体的地震灾害是工程建设中迫切需要解决的工程问题.依据人们对我国黄土动力特性的研究成果,阐述了黄土的动强度特性、黄土的循环动应力应变特性、震陷变形特性及黄土场地震害小区划研究,从而为正确地认识黄土工程的地震灾害提供基础.     

陕西富平黄土震陷特性及震陷小区划

典型黄土由于其特殊的大孔隙架空结构特征,在强震作用下具有强烈的震陷性。陕西富平县地处渭河盆地和鄂尔多斯地台的连接带,区内地震构造背景复杂,黄土分布广泛,黄土场地的震陷危险性较高。文章以富平县城市总体规划建设用地和富阎新区规划范围为研究区,通过资料收集、野外调研、室内试验和理论分析等方法,确定研究区的地震工程地质条件,采用地震危险性概率分析方法确定研究区不同超越概率水平的地震动参数,基于大量黄土动三轴试验确定区内不同地貌单元及不同地层黄土的震陷特性。在此基础上,对富平县强震作用下黄土场地的震陷进行评价,50年超越概率10%条件下,研究区内轻微、中等震陷区分布于浮塬和渭河二级阶地。50年超越概率2%条件下,研究区内轻微及中等黄土震陷区主要分布在石川河三—四级阶地、浮塬和渭河二级阶地。严重震陷区主要分布在渭河二级阶地、石川河三—四级阶地和浮塬。根据震陷等级给出了研究区50年超越概率10%和2%水平下的黄土震陷小区划。研究结果可为富平县的防震减灾工作提供科学依据。     

结构性饱和黄土动力特性试验研究

基于室内不排水动三轴试验,研究了5种因素,即围压、超固结比、偏压固结比、动剪应力比、加载频率等对饱和黄土动力特性的影响。本文强调了结构性在饱和黄土动力特性研究中的重要性,结构性的破坏是影响土体动力力学特性的一个重要转折点。并阐明了用塑性残余变形来表征土体内部结构的变化并以此作为孔压增长函数自变量的合理性。     

磐安结构性黄土动阻尼特征及其演化规律研究

地震作用往往会导致结构性黄土动强度的衰减,引发黄土滑坡、振陷等一系列地质灾害,而强度的衰减与其阻尼特性密切相关,因而结构性黄土的动态阻尼特征及其演化规律问题是岩土工程抗震的重要研究课题之一。为此,以天水磐安结构性黄土为研究对象,开展了天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动力学特性试验。在试验基础上,分析并比较了黄土的动模量、动阻尼响应特征及其演化规律。研究表明:天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动应力随动应变的增大而增大,动模量随动应变的增大而减小,动阻尼比随着动应变的增大而增大;受黄土结构性的影响,原状黄土的最大动模量比重塑黄土的稍大,原状、重塑黄土的最大动模量比饱和原状、饱合重塑黄土的稍大;黄土结构性较强时需要考虑试样固结应力对阻尼比的影响,饱和重塑黄土可以忽略试样固结应力对阻尼比的影响。     

风积砂-黄土过渡型砂性黄土动力特性试验研究

随着沙漠-黄土高原过渡地带各类资源的不断勘探和开发,对风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动力特性缺乏了解这一问题愈来愈成为此类地区地震与人工动力相关工程建设发展的制约因素。本文在等压固结条件下,通过进行室内固结不排水动三轴试验,获得了风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动力学参数,并以此为基础绘制了风积砂-黄土过渡型砂性黄土的动应力-应变关系曲线,探讨了风积砂-黄土过渡型砂性黄土动模量的变化特征、阻尼比随动剪应变变化的曲线关系及适合的拟合模型,进一步建立了适用于风积砂-黄土过渡型砂性黄土的等效动黏弹性本构模型。结果表明:Hardin双曲线模型对风积砂-黄土过渡型砂性黄土动剪切模量与动剪应变关系曲线的拟合较好,而幂函数经验公式对阻尼比与动剪应变关系曲线的拟合较好。本文研究结果为风积砂-黄土过渡型砂性黄土动力特性的研究提供了基础。     

白兰高速公路沿线黄土场地震陷区判定与评价

采用DSD 160型电磁式振动三轴试验系统,通过对甘肃白银—兰州高速公路(国道109线)沿线黄土的震陷试验,探讨了该场地黄土在动荷载作用下的震陷特性。利用黄土震陷灾害预测方法和该地区黄土场地地震危险性分析结果,对该公路沿线黄土场地的震陷区进行了判定和评价。这些研究结果可作为该高速公路工程进行抗震设计和地震变形分析的基本依据,对黄土地区其它工程也有一定的参考价值。     

汶川地震中甘肃清水田川黄土液化的试验研究

2008年5·12特大地震中,位于甘肃省清水县郭川乡的田川村发生了饱和黄土的液化滑移灾害。本文首先在对田川场地进行考察的基础上,综合田川在汶川地震中的震害情况以及滑移区的地形条件,将该地区在汶川地震中的烈度进行了修正。其次对田川黄土进行了物性指标测试以及室内动三轴液化试验,根据试验结果,综合考虑产生液化所需的场地及土性条件、黄土的动强度和液化特性,对田川黄土液化灾害进行了分析,并采用反应分析的方法对其进行了液化判定。研究结果证明了田川黄土液化的事实存在性,为低烈度区黄土液化提供了新的震害依据。

     

粗粒筑坝材料的动力变形特性

结合室内大型动三轴试验资料,对粗粒料的动力变形特性进行研究后认为,在复杂的高应力条件下振动过程中试验粗粒料由于体积缩小而变得更为密实,其动应力-应变关系与Hardin-Drnevich模型的双曲骨架曲线假定有明显差异,其阻尼特性也不符合Hardin假定;提出了反映试验过程中材料振动硬化特性的幂函数型动应力-应变关系模型和基于试验资料的粗粒料阻尼比估算公式;粗粒料的动残余变形特性与其初始密度、静应力状态、动荷载、振动持续时间等因素密切相关,建立了考虑初始固结围压影响的粗粒料残余应变与动剪应力之间的关系模型。可为强震区超高土石坝的深入研究提供可靠的理论依据。     

郑西客运专线黄土路基震陷研究

以郑（州）西（安）高速铁路为例,选择潼关段为研究区,采集大量原状黄土样品,将合成的人工地震动输入到动三轴,进行了固结不排水的动三轴实验,估算了黄土路基的震陷量。建立了高速铁路黄土路基动力学数值模型,研究了50年10%和2%的超越概率水平的地震作用下黄土路基的永久变形,以及地基处理后黄土地基的永久变形。结果显示, 沉降主要发生在Q3黄土中,强夯、DDC桩等地基处理措施可以有效的减少地基黄土的沉降变形,但是当处理深度不够时,在强地震作用下仍然可以产生较大沉降。研究成果为地基抗震处理提供了依据。     

地震荷载下煤矸石路基变形室内试验与数值模拟分析

通过对重塑煤矸石试件进行动三轴试验,研究了随机地震荷载作用下的煤矸石路基填料震陷特性。依据正弦循环荷载作用下的试验结果,获得了不同轴向固结压力下的煤矸石震陷变形特性经验公式;并运用FLAC3D对辽宁阜新某煤矸石路基进行了地震荷载作用下的响应分析。试验表明：煤矸石轴向累积应变随动荷载幅值增加而增大,呈指数关系;震陷试验中,煤矸石试件变形规律经历了振动压密、振动剪切和振动破坏三阶段,与普通路基填料类同,表明煤矸石作路基填料是可行的。数值模拟表明：地震荷载超越概率10％时,路面残余变形不大,路基整体处于稳定状态;地震荷载超越概率2％时,路基边坡将出现滑动带,处于危险状态,且震后残余变形较大。以上研究成果为煤矸石路基抗震设计提供了一定的试验依据,具有较为重要的工程应用价值。     

Study of shaking table test of seismic subsidence loess landslides induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall

Light rain or moderate rain is the most common meteorological event in the rainy season in the loess area of China, so the probability of landslide hazards induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the condition of light rain or moderate rain is relatively higher than that under heavy rain. To study the dynamic response characteristics and instability mechanism of loess slopes by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the conditions of moderate rain and light rain, a low-angle slope model test of a large-scale shaking table after 10 mm of rainfall was carried out. By gradually increasing the dynamic loading, the evolution of the macroscopic deformation and the instability failure mode of the slope model are observed; the temporal and spatial trends of the amplification effect, acceleration spectrum, pore pressure and soil pressure are analyzed; and the failure mechanism of the slope is determined. The results showed that the amplification effect increased along the slope surface upward, and a strong amplification effect appeared at the front of the top of the slope. Because of the stronger dynamic stress action on the upper part of the slope, the immersed soil in the upper part of the slope experienced seismic subsidence deformation, the saturation in the seismic subsidence soil increased, and the water content temporarily increased locally. With the further increase in the loading intensity, a large number of tension cracks were generated in the seismic subsidence area, and water infiltrated down along the cracks and the wetting range expanded under dynamic action. The range of seismic subsidence and cracks further extended to the deep part of the slope. Under the reciprocating action of the subsequent ground motion, the swing amplitude of the soil mass in the seismic subsidence area, which is divided by a large number of cracks in the upper part of the slope, increased further, resulting in the further reduction in the residual strength of the seismic subsidence soil mass located at the crack tip due to the pull and shear action. Finally, under the combined action of gravity and dynamic force, the upper soil mass in the seismic subsidence area dragged the lower soil mass in the seismic subsidence area downward because the sliding force is greater than the residual strength of the soil mass, which induced a seismic subsidence-type loess landslide. Under the coupling effect of earthquakes and rainfall, the instability mode and mechanism of this landslide are significantly different from those of liquefaction-type landslides.

     

主应力轴旋转对压实黄土动变形特性的影响

实际工程中的地基或路基的土体往往处于复杂初始应力状态,在地震或其他动荷载的作用下会出现变形和沉降,而常规的室内土工试验无法真实再现这种固结应力条件下土的动力特性。通过对原有的DTC-199型周期扭转荷载三轴仪进行简单的改造后可进行土体在主应力轴发生旋转时的压实黄土动变形的试验研究。结果表明,在其他固结条件不变的情况下,初始主应力方向角α对压实黄土的动剪切模量有一定的影响,随着α的增加,动剪切模量有减小的趋势,最大动剪应力也逐渐减小,但是α对最大动剪切模量的影响不太显著。初始主应力方向角α对压实黄土的阻尼比基本没有影响,在λ-lgγd的半对数坐标图中,阻尼比随动剪应变的增加有逐渐增大的趋势,并且表现出较好的相关性。     

黄土震陷性深度特征的试验研究

黄土震陷是地震发生时黄土地区发生的一种灾害。以典型马兰黄土（Q3）作为研究对象,对5组不同深度的原状黄土试样进行室内动三轴震陷试验,研究了该场地黄土震陷性随深度的变化特征。研究结果表明,（1）在天然含水率或是增湿、减湿情况下,黄土震陷深度曲线随动应力的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷深度的发展过程;（2）黄土震陷深度曲线的发展阶段动应力区间不尽相同,随着含水率的增加,黄土震陷快速发展期的动应力区间在变窄,最小动应力值变小,含水率20%条件下比5%最小动应力值可降低30%;（3）典型马兰黄土存在一个最大震陷深度,其最大震陷深度不受动应力、含水率影响,含水率仅能够降低达到最大震陷深度时最小动应力,加速黄土震陷深度的发展进程。在动应力不断增加的情况下,最终的黄土震陷深度曲线收敛于最大震陷深度,本次实验黄土场地的最大震陷深度约为15.5 m。     

不同含水量下原状黄土动强度和震陷的试验研究

对原状黄土进行动三轴试验,探讨了黄土的动强度和震陷随含水量的变化规律。试验结果表明,塑限含水量可作为黄土动强度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量变化对震陷临界动应力和动粘聚力的影响非常显著,大于塑限的含水量变化对其影响微弱,而动摩擦角不受含水量的影响。通过对震陷曲线的定量分析,说明有必要对黄土的震陷性进行分类。     

黄土抗震陷变形的酸改性方法及其微观结构分析

低黏性粉质黄土的架空弱胶结微结构,导致这种黄土在动荷载作用下呈现出强度低、震陷变形大的现象,为黄土场地地基处理提出了挑战性的技术难题。黄土结构改性是通过改变其微观结构,达到有效降低震陷变形和湿陷性等为目的。本文采用酸改性方法处理黄土,即通过加入有较强分散和胶结效果的硼化合物作为主要改性物质;加入轻质碳酸钙等填料,调整原状土的颗粒粒径级配;以磷酸稀释液调解土的pH值。对改性土样进行震陷等试验测试对比,确定最佳配方,同时分析改性前后微观结构和能谱的变化。结果表明,酸改性方法能有效改善黄土的微观结构,使得土样的震陷变形系数明显降低。并且所添加的改性原料无毒,不会对土层产生污染。     

Stress deformation properties of macroporous loess soils

Milovic, D., 1988. Stress deformation properties of macroporous loess soils. Eng. Geol., 25: 283–302.

Herein are presented the results of laboratory and field tests which were carried out on loess in Yugoslavia.

Experience gained during recent decades show that the loess soil in some cases undergoes structural collapse and subsidence due to inundation. In order to find the explanation of such behaviour, numerous laboratory and field load tests on loess soil have been performed. Using the obtained results, several correlations have been established.

On the basis of the unconfined test results, a correlation between the initial dry density, initial water content and unconfined compression strength has been established.

A relatively large number of the consolidation subsidence tests (about 550), carried out on undisturbed loess samples, made possible the determination of the degree of subsidence and the corresponding values of the dimensionless coefficients of subsidence. These coefficients have been determined for several values of the initial dry density, for various degrees of saturation and for several stress levels upon wetting. Using these coefficients, the values of the additional settlement caused by flooding of loess under the foundation can easily be calculated. It is of particular interest to note that, in general, water penetrates under one part of the building, producing differential settlements, which are in most cases very dangerous.

By the comparative laboratory investigation of the undisturbed loess samples obtained by thin walled sampler and samples obtained from pits, it has been shown that the mechanical disturbance is an extremely important factor which governs the shear and deformation parameters of loess soils.

The laboratory test results obtained on undisturbed loess samples, cut from blocks in the vertical and horizontal direction, have shown that this soil exhibits anisotropic properties. For this reason a stress deformation problem in an anisotropic medium has been treated by the finite element method.

Static penetration tests and field load tests in loess soils with natural water content and also after saturation have been performed and are described.

The results of the observed settlements for two statically identical multi-storey buildings are also presented. Using the coefficients of subsidence for the undisturbed samples cut from blocks, very good agreement between the calculated and the observed settlements has been obtained.