爆炸引起饱和砂孔压变化规律的室内试验研究

介绍了以雷管作为爆炸动力源,多孔装药爆炸法密实饱和砂的模型试验,实测了饱和砂土体在依次循环爆炸荷载作用下孔隙水压力的增长与消散过程,分析了孔隙水压力的变化规律。试验结果表明,孔隙水压力的增长与消散在沿深度及径向方向上的变化规律具有独特性。同时,对爆炸荷载在饱和砂土体内所引起的液化范围进行了分析,所得结论可为爆炸法处理饱和粉细砂地基的工程设计与理论研究提供参考。     

强震作用下饱和粉细砂液化振动台试验

针对强震区饱和粉细砂液化问题,依托海南铺前大桥实体工程,基于振动台模型试验,选用叠层剪切式模型箱,模拟自由场在地震作用下的振动反应,分析0.15g～0.80g地震动强度下不同深度饱和细粉砂孔压比的变化规律,探讨饱和粉细砂的液化判别方法.结果表明:饱和粉细砂超静孔隙水压力、孔压比的增长滞后于地震动应力,且粉细砂深度越深,滞后时间越长,上覆土层厚度对于饱和粉细砂的抗液化性能有重要影响;深度为5 cm、60 cm和110 cm的饱和粉细砂,当地震动强度分别≥0.15g、0.20g和0.25g时发生液化,此时孔压比稳定值均≥0.8,提出以0.8作为饱和粉细砂液化的临界孔压比;对比讨论现有常用方法的液化判定结果,提出一种以饱和粉细砂深度、地震动强度和孔压比为判据的饱和粉细砂液化判别新方法,可为铺前大桥基础的合理设计与施工提供科学依据,也可为类似工程提供技术支持.     

南海非饱和钙质砂动力特性三轴试验研究

为了解决南海非饱和钙质砂动力特性问题,选取南海地区钙质砂开展动三轴试验,系统研究不同参数对非饱和钙质砂力学特性影响规律.试验表明:非饱和钙质砂动应变和动孔压发展规律与饱和钙质砂存在明显差异.动孔压在饱和状态下试验前期发展较慢,近似呈线性增长,试验中后期波动较大,而在非饱和状态下的发展规律与之相反;钙质砂在非饱和状态时动应变曲线只有低围压下才有明显失稳点,100、150 kPa有效围压下无明显失稳点,在饱和状态时各有效围压下均有明显失稳点;非饱和状态下动孔压发展趋势受基质吸力影响较大,随基质吸力增大,最大动孔压整体呈现递减趋势,高基质吸力下试样破坏时的最大动孔压小于低基质吸力下试样破坏时的最大动孔压.     

地下结构物对饱和砂土地基液化的影响

以我国东南沿海地区砂土地层大型地铁站为背景,进行了自由场和埋设地下结构物的饱和砂土地基动力离心模型试验,对比分析了强震作用下两种模型不同深度的地基加速度、超孔隙水压力及地基沉降等变化规律,数据结果显示埋设地下结构物的饱和砂土层地基相比于自由场相同位置的砂土层地基更易发生液化,提升了人们对地下结构物影响砂土液化效果的认识.     

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明：细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。     

双向振动下含黏粒砂土液化特性试验研究

采用GCTS双向动三轴测试系统,把膨润土作为试验的黏粒材料,通过饱和砂土的双向动三轴试验,以试样液化的耗损能量为指标,探究不同黏粒含量、干密度、围压及相位差对饱和砂土液化特性的影响。结果表明:随着黏粒含量的增加,砂土液化所需的耗损能量先减少后增加,呈抛物线型,这是因为黏粒含量较低时,黏粒在砂颗粒间起到润滑的作用,随着黏粒含量的增多,黏粒反而起到固定和镶嵌砂颗粒的作用;随着干密度和围压的增大,砂土液化所需的耗损能量不断增加;相位差为180°时更有利于饱和砂土的液化,而相位差的变化与砂土液化所需耗损能量之间的关系不明显。     

循环荷载下郑汴物流通道粉土路基的液化特性

在高等级公路和市政道路的建设中,如果遇到特殊地基处理不当往往会导致强度问题和沉降变形问题,影响道路的正常使用.鉴于此,利用动三轴进行室内试验,分析郑汴物流通道的路基施工过程中土体变化的规律.试验采用美国GCTS公司生产的STX-200双向动三轴仪进行,建立循环荷载次数、荷载频率、围压、轴压、偏应力等影响因素的郑汴物流通道软土路基的液化特性研究.试验结果表明,低频循环动载下土体的应力-应变曲线变化幅值小,高频循环动载下土体应力下降快且变化幅值大;随着循环次数增加,土体的孔隙水压上升加速,有效平均压应力减小幅值逐渐增大;粉土试样孔隙水压力变化随循环次数的变化而变化.     

宁夏滨河粉土路基在循环荷载下的变形特性

为了揭示宁夏滨河粉土路基在交通载荷下的变形机理,采用动三轴试验对宁夏滨河粉土重塑样本进行了逐级加载和循环荷载两种双向剪切工况下路基变形特性的研究,分析了路基粉土土样的破坏形式、滞回特性、骨干曲线、动弹性模量及阻尼比、滞回曲线面积和超静孔隙水压力变化的特点。结果表明：试样的破坏形式既有拉伸破坏也有压缩破坏,固结压力对土样破坏形式有着显著的影响;滞回曲线随循环应变的增加从封闭状态逐渐发展到不封闭的状态,直至土样出现大应变破坏;逐级加载下的骨干曲线随着动应力持续增大,应变迅速增大时骨干曲线的斜率开始减小,逐渐趋于水平状态;动弹性模量在弹塑性阶段随应变增大而大幅度地减小,在大应变时动弹性模量变化趋于平缓;阻尼比随动应变的增加在弹塑性阶段逐渐增大,在大应变时阻尼比变化趋于稳定;滞回曲线面积随着应变的增加呈近似于指数增长;孔压与应变的增长都是随着振次的增大而不断增长的,未出现类似黄土的结构崩溃式破坏,也不出现黄土试样在应变达到5%时孔压接近于固结压力的“初始液化”现象,滨河粉土的“初始液化”现象均出现在应变大于10%以后。     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

侧限约束下回填砂分级加卸载力学响应

在公路路基和水利堤防工程中时常出现因回填砂压实不密造成局部沉陷的破坏问题．为降低此类破坏发生的可能性,利用三维应力-应变测试技术,开展轴对称条件下回填砂压实过程的力学响应研究．结合数值分析软件,对采集到的原始数据进行矩阵求解,并对循环荷载作用下的应力、应变、静止土压力系数以及应力-应变路径进行分析．试验结果表明,对于回填砂来说,压实次数并非越多越好,而是存在一个最优压实次数值;在试验初始阶段,随着循环次数增加,静止土压力系数增大,即砂土内部水平方向密实度增大;当循环次数大于6时,静止土压力系数不再增加．在一维竖向荷载作用下,荷载法向面内有效正应力响应落后于荷载平行面内有效正应力响应,建议压实过程中控制压实速率,做到有效竖向压实和水平向挤压．分析应力路径和应变路径可知,不同加载吨位和压实方式（不同形式荷载）会影响应力路径,进而影响应变形变．研究结果可为砂土作为填方材料的力学性能提供借鉴,也为实际工程中原位三维应力-应变研究提供参考．     

A case study of seismic response of earth embankment foundation on liquefiable soils

A case study of seismic response of an earth embankment foundation on liquefiable soils in Kansai area, western Japan was presented. Based on a calibrated cyclic elasto-plastic constitutive model for liquefiable sand and Biot dynamic coupled theory, the seismic analysis was carried out by using a dynamic effective stress finite element method under plane strain condition. A recent design study was illustrated in detail for a river earth embankment subjected to seismic excitation on the saturated deposits with liquefiable sands. Simulated results of the embankment foundation during liquefaction were obtained for acceleration, displacement, and excess pore water pressures, which were considered to yield useful results for earthquake geotechnical design. The results show that the foundation soil reaches a fully liquefied state with high excess pore pressure ratios approaching to 1.0 due to the earthquake shaking. At the end of the earthquake, the extensive liquefaction causes about 1.0 m lateral spreading at the toe and 60 cm settlement at the crest of the earth embankment.     

饱和砂土场地在小震下的响应

水平场地地震响应分析是岩土地震工程实践中最重要的问题之一.深圳近年多次经历外围地震引起的小振动,因而研究场地在小震作用下的响应有特殊意义.利用香港科技大学离心机及双向振动台,进行饱和砂土场地的动力模型试验.观测模型在原型峰值加速度为0.07g的小震作用下,加速度、侧向位移、竖向沉降及超静孔压等方面的响应.发现在地震过程中,土体变形较小,超静孔压比也小于0.5,但超静孔压的变化使场地固有频率靠近输入地震波的频率,加速度的放大系数最大可达到3.67.分析结果表明,小震作用下场地虽不大可能发生液化,但在特定情况下,仍可能对上部结构造成破坏.     

可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验

实施了可液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,研究桩基桥梁结构地震响应特征.试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象.小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达后几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂层上部轻微液化;桩-柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应约束效应较大,桩在砂层中动应变大于粘土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变.大震输入下,砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;墩顶配重产生较大惯性力作用,加之砂层全部强烈液化使得桩-柱墩动力反应十分强烈,导致桩上部嵌固点发生大幅度上移,且在砂层与上覆粘土层过渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断.     

Deduction and experimental investigation of constitutive relation of liquefaction of saturated sand

According to the existing problems of liquefaction models of saturated sand that were put forward under dynamic action, on the basis of Handin-Drnevich model, a new calculating model of the dynamic constitutive relation of saturated sand was put forward. The model was based on the basic hypothesis of instantaneous limit balance according to the basic principle that the stress estate is the destroyed condition was not overstepped. The calculated method of increment nonlinear was referenced and combined with the excellence of the model of distributed particles. The process of vibrating liquefaction of saturated sand was divided into some areas. And the phenomena of shearing dilatation and unloading shrink of saturated sand were considered. On above basic a new calculating constitutive relation model was proposed. There are a few parameters in the model. The physical means of the parameters are very evident and quantized. They could be obtained from the dynamic triaxial test in door. The model was contrasted and validated with the results of the dynamic triaxial test in door. The comparison of the results of the dynamic triaxial test in door and the calculating results of the model indicates that all sorts of phenomenon appearing in the process of liquefaction of saturated sand could be more perfectly reflected by the model. Especially at the initial stage of development of pore water pressure and strain of saturated sand, the results of the dynamic triaxial test in door are consistent with the calculated results of the model very much. But there is some difference between the results at the anaphase of development of pore water pressure and strain. On the path of stress, the calculating and experimenting ultimate state surfaces are almost identical.     

近断层滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响

利用开源有限元平台OpenSees,建立一个20 m长的土柱模拟自由场地的地震响应.通过分析近断层滑冲效应脉冲地震动作用下场地产生的变形、应力,结合其地震动持时,衡量滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响.研究表明,滑冲效应脉冲地震动由于其独特的脉冲特性,较无脉冲地震动使土柱产生更大的孔隙水压力比、循环应力比,相应的等效循环周数值也较大,这三方面共同增大了场地发生液化的可能性.滑冲效应脉冲地震动产生的高孔压持续时间较短,使液化后的变形量较小.     

间歇性循环荷载作用下细粒土的变形特性

铁路路基承受的列车动荷载作用由列车通过时产生的周期性振动和无列车通过时的加载间歇组成, 针对此工程背景,开展不同围压、水的质量分数、动应力条件下的连续加载与加载-停振的动三轴试验,研究间歇性循环荷载作用下细粒土的超孔隙水压力、弹性应变、回弹模量和累积塑性应变的变化规律. 试验结果表明,加载间歇对路基变形特性有显著影响. 由于加载间歇阶段试样卸载以及排水作用,试样在加载阶段积累的超孔隙水压力在间歇阶段消散,土体内部颗粒及结构得到调整,试样抵抗后续荷载的能力得到提高. 此外,加载间歇显著减缓了后续加载阶段的塑性应变发展,降低了试样的累积塑性应变. 加载间歇对提高试样回弹模量、降低弹性应变的效果有限. 加载-停振的间歇加载方式可以更准确地模拟实际列车荷载作用,进而获得更具实际意义的试验结果.     

有建筑物存在的软土地基液化模拟地震振动台试验研究

在进行结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验中,再现了地震动激励下有建筑物存在的砂质粉土软土地基的液化现象.通过对试验实测资料的分析,研究了模拟地震激励下土中孔隙水压力的变化规律.随振动激励次数的增加,土中超孔隙水压力增大;其变化与测点深度、距基础中心线的远近、土的性质、地震激励的频谱组成等有关.震后孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,在短期内也可能继续增长.     

EPS改良膨胀土孔隙特征与滞回曲线形态

利用GDS动三轴仪和核磁共振（NMR）分析仪,探究不同围压、频率条件下的改良土孔隙特征与动循环荷载下的滞回曲线形态,与原膨胀土进行对比. 采用核磁共振信号分布曲线对孔隙特征进行分析,通过长轴倾斜程度、滞回圈面积、塑性变形与饱满程度对滞回曲线形态进行定量分析. 试验结果表明,改良土与原膨胀土随固结、循环荷载级数推进,土中的孔隙总量下降,孔径逐步压缩,改良土中的孔隙总量与尺寸均有向原状土靠拢的趋势. 在相同的动荷载条件下,高围压使改良土中的孔隙减少,应变更小,高频加载使改良土的应变减小,土中孔隙数量与孔径相应提升. 随着加载级数的增加及动应变的发展,改良土滞回曲线长轴倾斜程度逐渐降低并趋于平缓,滞回圈面积、塑性变形与饱满程度均呈上升趋势. 在相同的动应变条件下,围压与频率的提升使得改良土长轴倾斜程度、滞回圈面积、饱满程度增大;在动应变发展前期,不同围压、频率对塑性变形的发展影响较小,当超过某一临界点时,相同动应变下的高围压与高频率对应更高的塑性变形.