黄河三角洲地区砂土路基液化机理探讨及处置

从砂土路基液化机理人手,结合黄河三角洲地区地基土工程地质特征,对该地区路基砂土液化做现场振动试验,找出影响砂土路基液化的影响因素,主要内因有土体的密实度、含水量和土体中是否存在软弱区;主要外因有荷载的大小、作用时间和荷载频率。并针对砂土液化的内外因,结合青银高速公路强夯处理案例展开分析,提出了处理方法。     

砂土液化内部应力变化规律与工程液化判别

以往对砂土液化的研究主要侧重于水平场地、自由应力场条件下有关地基液化机理与判别等问题的研究。通常将Δu=σz=ΔUmax作为地基土液化的判据，而对工程结构物和场地条件的影响考虑不足。基于当前砂土液化问题的研究现状及工程特性，提出了将液化分为理论液化和工程液化。前者主要研究地基土液化的一般规律性问题；后者则针对具体工程结构物而言。其液化标准是以地基土在遭受地震液化时是否会导致工程结构物的破坏为依据。通过对砂土在震动液化过程中内部应力变化规律的理论分析，阐明了水平应力σx或σy对斜坡场地地基土发生侧向液化的作用机理，不能将斜坡场地的地基看作半无限空间体处理，提出了液化膨胀侧扩势Ψ的概念与计算式。指出：对斜坡场地，为避免这种侧向液化流动变形破坏，采取加强可液化土体的侧向约束、缩小偏应力差是必要的。根据工程结构物的承载力极限状态和正常使用极限状态，提出工程液化的判别准则：(1)可液化土体的地基强度τ降低到工程结构物所允许的强度值[τ，]；(2)可液化土体的膨胀侧扩势Ψ增加到其侧向约束强度[τh]；(3)可液化土体地基的变形s增大到工程结构物所允许的变形值[s]。     

大型石化地基振冲碎石桩处理现场试验研究

针对大型炼厂工程地基处理的复杂性,开展了振冲碎石桩的现场试验。利用静力触探试验检测桩体密实度和判别饱和砂土液化。基于旁压试验、标准贯入试验和重型动力触探试验结果,分析了施工前后地基承载力和土体工程特性变化情况。以单桩和复合地基载荷试验结果验证了桩间土、单桩及复合地基的承载性能。研究结果表明,振冲碎石桩对桩长范围的砂土具有明显的挤密效应,工程特性和场地的均匀性在处理后有了明显改善和提高,有效地消除了桩长范围内砂土的液化可能性。静载荷试验结果表明,振冲碎石桩复合地基承载力能达到设计要求;振冲碎石桩对砂土层下卧黏性土层的加固作用不明显,部分深度范围内土体强度降低;当地面以下10 m内不存在厚度大于5 m的软土夹层时,较薄的软土夹层状对挤密加固其余深度的砂土未产生明显影响,对地基承载力影响亦较小。     

结构物附加应力对砂土地基液化影响分析

阐述了砂土地基的液化机理,分析了在工程结构物附加应力作用下砂土地基的影响区域与压缩再密实过程,给出了附加应力作用下砂土地基液化的进一步判别方法。指出在基础周围和过渡应力区Ⅱ存在液化薄弱区,是工程抗液化处理的重点防范区域。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

基于自由场大型振动台试验的饱和砂土固-液相变特征研究

基于饱和砂土自由场地大型振动台试验,利用加速度记录的线性方法反演得到模型地基土动剪应力-动剪应变,并根据流体动力学相关理论,引入非牛顿流体中的表观黏度、零剪切黏度等概念,对场地液化后的剪切稀化特征进行探讨,研究了饱和砂土在地震荷载下的固-液相变特征。研究结果表明:大震激励时,饱和砂土层上部土体孔压比达到1,饱和砂土液化,从动剪应力-动剪应变曲线变化中可知液化后的砂土动剪切模量下降明显,这表明土体逐渐软化;从动剪应力、动剪应变推导得出的饱和砂土剪应力-剪应变率变化趋势与非牛顿流体的流变曲线相近,且饱和砂土上部液化土层的表观黏度大幅下降,液化后砂土表现出"剪切稀化"的假塑性流体特性。     

软土地区地基加固处理及质量检测

引碧入连工程,大沙河倒虹吸地质条件复杂,岩性多为淤泥质土和中细砂,前者地基承载力不及８０ｋＰａ,后者有严重的砂土液化问题,为此采用了复合地基处理,提高了地基强度又防止了砂土液化,在施工中应用了静载荷及动力法进行了检测,测定了复合地基的有效性。     

大厚度饱和砂土液化治理试验研究

饱和砂土液化地基治理是工程建设中面临的一大难题。某拟建电厂工程针对大厚度的饱和砂土液化地基,通过采用大直径振冲碎石桩复合地基的处理方法,开展了大厚度饱和砂土液化地基治理的现场试验研究。试桩施工结束后,通过采用载荷试验、超重型动力触探试验等原位测试方法,对桩间土、桩体及复合地基的承载性能、变形参数及液化处理效果进行了评价和分析,取得了大量可靠的试验数据,对类似工程具有一定的参考价值     

夯扩挤密碎石桩加固液化砂土地基的动力数值分析

砂土液化问题一直是土动力学与岩土地震工程研究领域的重要课题之一。基于南水北调中线某工程,通过现场和室内试验获取土体的物理力学参数,利用岩土数值分析软件FLAC3D对夯扩挤密碎石桩加固干渠液化砂土地基进行了动力数值分析。结果表明,由于夯扩挤密碎石桩的排水作用,干渠底部饱和砂土地基中的超静孔隙水压力和孔压比与加固前相比明显减小;干渠渠道底部饱和砂土中的监测曲线表明,随着地震荷载持续时间的增加,饱和砂土地基中超静孔隙水压力和孔压比峰值较加固前大幅值降低,且时程曲线达到峰值之后也由加固前的基本保持不变改为迅速消减降低;由于夯扩挤密碎石桩的排水和挤密作用,有效消除了干渠渠道底部以及渠堤坡面外侧平台至坡脚底部砂土层的液化现象,加固后干渠底部饱和砂土地基中没有液化现象产生。     

复杂加载条件下珊瑚砂抗液化强度试验研究

循环加载方式与应力路径对砂土的抗液化强度有很大的影响。利用GDS空心圆柱扭剪仪对南海珊瑚砂进行了一系列复杂加载条件下均等固结不排水循环试验,探讨了90°突变应力路径下主应力方向角对珊瑚砂抗液化强度的影响。试验结果发现：以循环应力比（CSR）作为应力水平指标,当不控制中主应力系数b的变化时,主应力方向角 对珊瑚砂的抗液化强度并无显著影响;当控制b始终保持0.5时,珊瑚砂的抗液化强度随着 的增加呈现出先减小后增大的趋势,且在 45°时的抗液化强度最低。基于分析循环荷载引起的土单元大、小循环主应力 、 变化,定义了单元体循环应力比（USR）作为一个新的物理指标,发现不同循环加载方式与应力路径条件下施加于珊瑚砂试样的USR与引起液化所需的循环次数NL存在事实上的唯一性关系。通过引自文献的4种无黏性土原始试验数据的再处理,独立地验证了以USR表征砂类土液化强度的适用性。     

胶新铁路砂土液化区路基沉降规律研究

地震液化常给人们带来巨大损失,而剪切振动和循环荷载作用下的动力学效应常被认为是地震液化的主要原因,人们对剪切荷载作用下饱和砂土的液化问题进行了较多的研究,而对循环荷载作用下砂土液化的动力学效应研究较少。胶新铁路在DK39+000开始为高地震烈度区,DK283+550~DK283+770分布有地震可液化层,工程修建后列车动荷载的影响将会有诱发砂土液化的可能性。为了研究通车前自然沉降特征和通车后循环荷载作用下的路基沉降变形规律,本文在具体分析了砂土液化的概念和准则判别的基础上,重点分析了砂土液化区路基沉降特征,包括测试断面竖向分层沉降变形特征分析和路基水平位移特征分析。最后在试验的基础上,从理论上给出了循环荷载下砂土的本构关系。     

考虑场地动应力条件的饱和海洋粉细砂液化特性

确保地震荷载作用下海床场地的动力稳定性是海洋工程全寿命周期安全运行的重要保证,然而对复杂海域环境下饱和粉细砂的液化特性研究尚属少见。基于海域场地动应力计算方法,确定各试验工况的场地循环应力比CSR,并对试样施加与之对应的不排水循环荷载。试验结果表明：可液化的海洋粉细砂在考虑其场地动应力条件的循环荷载作用下出现不同的液化可能性;粉细砂呈循环破坏模式,将双幅轴向应变>5%作为循环破坏标准;海洋粉细砂的液化可能性与土体的埋深及动应力均不呈单一相关性,而是随着干密度的增大,液化振次逐渐增大,当干密度＞1.72 g/cm3时土体不再液化。该结果可为杭州湾区抗震区划及海洋工程结构抗震设计提供参考。     

纤维加筋砂土抗液化试验与数值模拟

砂土液化是导致重大地震灾害的主要原因之一。本研究探讨了天然纤维加筋砂土在循环荷载作用下的抗液化性能。在不排水条件下,对具有不同纤维含量的加筋砂土试样进行了一系列循环三轴试验,研究了饱和砂土的液化特性以及循环剪应变幅值、纤维含量对饱和砂土抗液化性能的影响。此外,通过模拟已完成的循环三轴试验,建立了二维有限元数值模型,并对具有不同纤维含量的加筋砂土进行了参数标定。研究结果表明:(1)增加循环剪应变幅值将促进超孔压累积,使得滞回曲线斜率和平均有效应力减小速度加快;(2)纤维的存在能够减缓超孔压的累积,随着纤维含量增加,加筋砂土抗液化能力得到明显提高;(3)标定后的本构模型参数能可靠地用于模拟纤维加筋砂土的液化响应。研究结果为饱和砂土抗液化问题与纤维加筋砂土的数值模拟提供了有价值的参考。     

基于现场液化试验的饱和砂土孔压增量计算模型

采用现场液化试验,研究水平场地孔压增长模式,提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验,以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型,发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系,并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下,与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同,现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律,中间存在阈值;通过参数分析和试验实例验证,构建的孔压增量计算模型,可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。     

A possible continuum theory for densification and liquefaction of saturated sand

A previously developed continuum theory of granular media is applied to the problems of densification and liquefaction of saturated sand. An expression for the free energy of saturated sand is developed. The process of densification of sand subjected to cyclic shear stress is studied and several expressions for an increase of the solid volume fraction are obtained and discussed. The problem of the initial liquefaction of saturated sand samples under cyclic shear stress is then considered and several criteria relating the shear stress amplitude, over-burden pressure, time to liquefaction, and physical properties of the sand sample are established. Some semiempirical relations for field applications are also presented.     

Shaking table tests to investigate the influence of various factors on the liquefaction resistance of sands

This paper presents the shaking table studies to investigate the factors that influence the liquefaction resistance of sand. A uniaxial shaking table with a perspex model container was used for the model tests, and saturated sand beds were prepared using wet pluviation method. The models were subjected to horizontal base shaking, and the variation of pore water pressure was measured. Three series of tests varying the acceleration and frequency of base shaking and density of the soil were carried out on sand beds simulating free field condition. Liquefaction was visualized in some model tests, which was also established through pore water pressure ratios. Effective stress was calculated at the point of pore water pressure measurement, and the number of cycles required to liquefy the sand bed were estimated and matched with visual observations. It was observed that there was a gradual variation in pore water pressure with change in base acceleration at a given frequency of shaking. The variation in pore water pressure is not significant for the range of frequency used in the tests. The frequency of base shaking at which the sand starts to liquefy when the sand bed is subjected to any specific base acceleration depends on the density of sand, and it was observed that the sand does not liquefy at any other frequency less than this. A substantial improvement in liquefaction resistance of the sand was observed with the increase in soil density, inferring that soil densification is a simple technique that can be applied to increase the liquefaction resistance.     

Laboratory Investigation into the Effects of Silty Fines on Liquefaction Susceptibility of Chlef (Algeria) Sandy Soils

In a number of recent case studies, the liquefaction of silty sands has been reported. To investigate the undrained shear and deformation behaviour of Chlef sand–silt mixtures, a series of monotonic and stress-controlled cyclic triaxial tests were conducted on sand encountered at the site. The aim of this laboratory investigation is to study the influence of silt contents, expressed by means of the equivalent void ratio on undrained residual shear strength of loose, medium dense and dense sand–silt mixtures under monotonic loading and liquefaction potential under cyclic loading. After an earthquake event, the prediction of the post-liquefaction strength is becoming a challenging task in order to ensure the stability of different types of earth structures. Thus, the choice of the appropriate undrained residual shear strength of silty sandy soils that are prone to liquefaction to be used in engineering practice design should be established. To achieve this, a series of undrained triaxial tests were conducted on reconstituted saturated silty sand samples with different fines contents ranging from 0 to 40 %. In all tests, the confining pressure was held constant at 100 kPa. From the experimental results obtained, it is clear that the global void ratio cannot be used as a state parameter and may not characterize the actual behaviour of the soil as well. The equivalent void ratio expressing the fine particles participation in soil strength is then introduced. A linear relationship between the undrained shear residual shear strength and the equivalent void ratio has been obtained for the studied range of the fines contents. Cyclic test results confirm that the increase in the equivalent void ratio and the fines content accelerates the liquefaction phenomenon for the studied stress ratio and the liquefaction resistance decreases with the increase in either the equivalent void ratio or the loading amplitude level. These cyclic tests results confirm the obtained monotonic tests results.