地震历史对各深度土体抗液化性影响的振动台试验研究

地震引起的液化会对岩土结构造成重大破坏,而震后伴随的余震可能导致砂土再次发生液化。为研究自由场地下地震历史对各深度饱和砂土的抗液化能力的影响,设计并开展了一系列振动台试验。试验中对砂土输入了4次不同加速度的震动事件,细分为7次小的事件。通过计算对比每次振动事件的超静孔压比、加速度响应以及土体沉降,以研究不同地震历史下各深度土体抗液化能力的变化规律。试验结果表明：输入的地震波加速度大小与加速度响应系数呈正相关关系;饱和砂土遭受轻微和中等地震时液化更容易发生在浅层而非表层;表层土体中,强烈地震后的中等余震使得土体对地震烈度的敏感性降低,孔隙水压力在峰值加速度后消散迅速,液化时间缩短;有强震历史的土体会降低浅层土体的抗液化性能,深层土体抗液化性反而会在经历强地震后增强,影响深度范围取决于地震的烈度;通过数据拟合得到了不同等级的循环地震在各深度土体的抗液化提升比的量化公式。试验结果可以反映在地震实际中各等级的地震历史对各深度土体的不同影响。     

饱和砂土地震液化机理分析及地基处理的应用

饱和砂土在地震荷裁作用下极易发生液化,对工程建筑造成危害。本文探讨了地震力作用下饱和砂土的液化机理。通过实例说明cFG桩和碎石桩共用具有明显的抗液化效果,并提出CFG桩和碎石桩抗液化,需进一步研究的问题。     

常德-张家界高速公路某大桥桥基砂土液化评价

结合常德张家界高速公路某大桥桥基工程,在DSD160型电磁式振动三轴试验仪上,通过往返加荷三轴试验,对饱和砂土进行了液化试验研究,探讨了基于动三轴液化试验结果判断饱和砂土液化的方法。并尝试了这种室内研究反应分析的液化可能性估计方法与地震剪应力时程相结合的综合判断方法。在该高速公路大桥桥基的饱和砂土液化评价中,采用这种综合判断方法,对大桥桥基砂土液化进行了判断。在判断场地是否液化后,对其液化危害程度进行了等级划分,给出了该工程场地在未来遭受到不同超越概率下的地震作用时发生液化的危害程度,得到了一些有工程实用意义的结果。     

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。     

穿越不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道地震响应三维数值分析

地震液化对隧道结构有重大威胁,且位于不同抗液化能力地层交界处的盾构隧道段更易发生严重的地震破坏。采用三维数值方法研究穿越不同密实度状态饱和砂土地层的盾构隧道的地震响应规律。饱和砂土用一种描述不同密实度砂土液化行为的边界面模型进行模拟,首先通过隧道液化上浮的振动台试验结果验证该本构模型的合理性。其次,应用多自由度连接弹簧表征管片环间相互作用,采用文献中的拼装管片的逐级加载试验结果验证该方法的可行性。最后,建立穿越两种不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道三维数值模型,研究相对密实度、输入加速度峰值和交界面倾角对砂土地层-盾构隧道系统动力响应的影响。结果表明,可液化地层中隧道结构位移模式是水平地震激励下产生的水平位移与由于液化上浮效应产生的竖向位移的耦合作用,加之隧道在不同土层中变形存在差异,从而导致隧道呈现扭转的变形形态。在靠近交界面处,隧道整体上浮量急剧变化且该处结构上浮量随着交界面倾角增大而增大,同时管片结构弯矩出现突变,接头螺栓的环间剪切和拉伸位移也显著增加。分析结果进一步印证地震作用下盾构隧道在不同性质饱和砂土地层交界面处更易破坏,在设计阶段应予以重点关注。     

饱和砂土液化判别与放大效应数值模拟研究

为研究地震作用下饱和砂土液化判别及地震放大效应的影响因素,采用边界面塑性模型框架内开发的砂土本构模型,基于开源有限元平台OpenSees建立了一维剪切梁土柱模型。以循环应力比CSR和循环抗力比CRR为控制指标,对比了不同液化判别方法的差异,分析了地震荷载类型和砂土相对密度对液化判别和放大效应的影响。研究表明:与数值模拟结果相比,Seed简化法计算的CSR更大,判断饱和砂土场地发生液化的可能性更高;冲击型地震波较振动型地震波更容易使饱和砂土场地发生液化,砂土相对密度越小场地越容易发生液化;放大系数随埋深的减小而增大,振动型地震波引起的放大效应整体大于冲击型,埋深较大时放大系数随砂土相对密度的增大而减小。     

饱和砂土地层中隧道结构动力离心模型试验

饱和砂土地层中隧道结构可能会因地震地基液化而发生破坏。通过对可液化地层中地铁隧道结构的地震反应进行动力离心模型试验,研究了饱和松砂地基在地震作用下的反应特性、可液化地层中地铁隧道结构的上浮及变形特性和设置截断墙对限制隧道结构上浮的效果等问题。研究结果表明,地基液化引起的隧道衬砌上的附加变形内力以及隧道上浮量主要受地基液化时土水压力的变化影响。截断墙的设置限制了隧道两侧土体向隧道下方流动的趋势,有效减小了隧道结构的上浮量     

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。     

碎石桩复合地基的抗液化特性探讨

饱和砂土地震液化问题是岩土地震工程中一个重要的研究课题。在多种可行的防治液化措施中 ,最普遍的方法是采用碎石桩复合地基。本文结合目前国内外碎石桩复合地基的抗液化研究的最新进展 ,对碎石桩的密实、排水减压和减震作用做了较详细的评述 ,最后还提出碎石桩复合地基抗液化特性需要进一步研究的问题     

饱和砂土地震液化判别的可拓聚类预测方法

基于可拓学的物元模型和聚类分析原理,提出了饱和砂土地震液化判别的可拓聚类方法。选取地震烈度、震中距、砂层埋置深度、地下水位、标贯击数、平均粒径、不均匀系数和动剪应力比等8个影响因素,作为饱和砂土地震液化的评价因子,构建了经典域物元和节域物元。应用物元理论和可拓集合中的关联函数,建立预测模型,通过聚类分析得到饱和砂土地震液化的判别结果。实例研究表明,该模型能客观地反映砂土的液化规律,可拓聚类预测方法应用于饱和砂土地震液化判别是有效可行的。     

隐伏断层在强震砂土液化中的作用——以2008年汶川Mw 7.9地震为例

2008年汶川Mw7.9地震的强地面震动在龙门山前地区造成大量的砂土液化、喷砂冒水等地震灾害现象。震后野外调查发现,砂土液化点主要分布于地下水位只有几米深的山前河流的低阶地处,以大面积砾性土液化为特征,约58%的液化点位于距北川断层20~35km的范围内。对喷水高度及喷水过程进行了详细记录,喷水高度与峰值加速度并没有明显的相关性,喷水高度异常点(2m)集中于山前断裂系统近地表投影处。汶川地震中喷水高度异常、砾性土液化的位置与山前断裂系统的吻合性说明,沉积盆地内的地质构造可能在砂土液化强度和与震动相关的地震灾害方面起到促进作用,所以在类似的地质和水文环境中,除主震的断层错动外,应考虑地质构造在地震危险性评估和建筑物抗震设计中的重要作用。     

基于静力触探试验的液化判别新方法

近来地震液化灾害频发,再次成为研究重点,发展具有良好应用前景的基于静力触探试验（CPT）的液化判别方法对预防液化灾害具有重要意义。以Boulanger数据库171组数据为回归样本,分析既有方法存在的问题,提出了基于CPT液化判别的双曲线模型和计算公式,并通过提取2011年新西兰地震147组液化新数据,对该方法进行对比检验。研究表明,我国岩土工程勘察规范的CPT液化判别方法对浅埋砂层偏于保守,对深层土又明显偏于危险,而国际上具有代表性的Robertson方法,其液化临界线存在低烈度区不合理回弯、高烈度区又偏于保守的问题。提出的新公式在不同地震动强度和砂层埋深下均可给出合理判别结果,克服了国内外既有方法的缺点,并纳入到具有样板规范性质的《建筑工程抗震性态设计通则》修订稿中,可为我国相关规范修订和工程应用提供支持。     

关于福州饱和砂土液化评价问题的探讨

饱和砂土地震液化是地基抗震的重要问题,基于对液化评判方法和认识的差异,往往导致对同一个场地的勘探会得出很大的不同结果。本文试以福州某工程场地四次工程地质勘察报告的实例和砂土液化的机理解读产生评判结果差异的原因,并阐明作者观点,以期深入探讨砂土液化的机理和评判办法,为场地地基抗震处理带来社会效益和经济效益。     

液化型路堤边坡动力数值模拟分析

液化型路堤边坡动力稳定性问题涉及岩土工程与工程地震两个学科领域,是边坡工程与砂土液化的交叉课题。采用天然地震记录为输入条件,应用Finn本构关系模型,运用有限差分法,对填土+砂土+卵砾土地层组合的路堤边坡进行了全时程动力分析,探讨了地震作用下路堤边坡的液化初步规律和稳定性。数值模拟结果表明:地震作用引起了路基饱和砂土有效应力急剧减小,并导致路基砂土液化,引起路堤变形破坏。孔隙水压力的积累与消散不仅与地震记录序列存在对应关系,也与砂土所处的位置和深度有密切关系。地表变形破坏主要表现为路堤顶面发生震陷和拉裂破坏,坡底面产生挤压隆起变形。地面以下的变形破坏主要包括土体剪切破坏和深部砂土液化引起的侧向流动破坏。     

Mechanical properties of cementitious sand and sand with small cyclic shear strain to assess aging effects on liquefaction

Liquefaction damage from earthquakes frequently indicates effects of sand aging on liquefaction resistance: Liquefaction damage in natural or aged reclaimed ground has been much less than that in young reclaimed ground. However, the mechanisms underlying aging effects remain unclear. Cementation and stress history of sand strongly influence aging effects: Cementation raises liquefaction resistance, whereas liquefaction history sometimes reduces liquefaction resistance. Small cyclic shear strain, from which the induced density change is almost negligible, was adopted as representing the stress history. To evaluate liquefaction resistance, initial shear modulus, and deformation characteristics of sand, we prepared specimens by adding cement and by applying a small cyclic shear strain. In cementitious sand, liquefaction resistance increased when cement contents exceeded 0.3% by mass. The initial shear modulus apparently increased at the same degree of cement addition as that which increased the liquefaction resistance. For sand with a small cyclic shear strain, the liquefaction resistance increased when the applied cyclic axial strain exceeded 0.01%. Application of small cyclic shear strain only slightly increased the initial shear modulus, but the linear elastic region tended to expand to greater shear strain. Shear properties of sand with small cyclic shear strain resembled those found for sand that had been consolidated for a long time.

     

Geotechnical reconnaissance and liquefaction analyses of a liquefaction site with silty fine sand in Southern Taiwan

Geotechnical reconnaissance of a recurrent liquefaction site at a Quaternary alluvial deposit in southern Taiwan was conducted to establish a comprehensive case history for liquefaction on silty fine sand with high fines content. The liquefaction occurred at a silty fine sand layer with D₅₀ = 0.09 mm and fines content greater than 35% and was triggered by a M_w = 6.4 earthquake on March 4, 2010, which induced maximum horizontal acceleration up to 0.189 g at the site. In situ subsurface characterizations, including standard penetration test, cone penetration test, and shear wave velocity measurement, were performed as well as cyclic simple shear tests on undisturbed specimens retrieved by a modified hydraulic piston sampler. Comparisons of cyclic resistance ratios (CRRs) indicate that CPT sounding with standard penetration rate could overestimate the resistance ratio and drainage conditions during penetration should be considered for high fines content soil in the liquefaction analysis. Additionally, variations of CRRs from different in situ tests indicate that correlations among in situ tests and CRR could be soil specific and precautions should be taken when using these curves on silty fine sands.     

Paleoseismic event recorded in the Upper Cretaceous Nenjiang Formation in southeastern area of the Songliao Basin (NE China)

The Yaojiachezhan (YJCZ) section and NGN1, Zk3389 and SK1-S wells, which are located in the southeastern part of the Songliao Basin, NE China, were used to analyse paleoseismic events recorded in the Upper Cretaceous first member of the Nenjiang Formation. Two representative seismic sequences are recognised in these lacustrine deposits. The seismic sequence observed in the YJCZ section, from the base to top, includes step micro-faulting, seismic fissures, liquefaction sandstone veins, brecelated structures, liquefied fold-deformed laminations and sand pillow structures. Whereas in NGN1 core, from the base to top, includes micro-faulting, seismic fissures, sand pillow structures, liquefied fold-deformed laminations and liquefaction sandstone veins. These two seismic sequences together reflect the processes resulting from a strong seismic event from initiation to culmination, then decline and recession. The occurrence of brecciated structures reflects the earthquake magnitude in the YJCZ section area probably reached M7.5, while liquefied fold-deformed laminations in the NGN1 core area reflects an earthquake magnitude of M7.0. Empirical relations between earthquake magnitude and the maximum distance of liquefaction deformation structure sites from the epicentres show that the longest distance between the earthquake source area for the YJCZ section and NGN1 well are <100?km, whereas the distance for the Zk3389 and SK1-S wells is >100?km. The trigger source area for this paleoseismic event is most likely the Yilan-Yitong Fault, meaning that the Yilan-Yitong Fault was active during the deposition of the first member of the Nenjiang Formation.     

杭州钱塘江防洪堤抗震分析

通过动力试验研究了杭州钱塘江防洪堤基的动力特性,并用原位和室内分析法判别了堤基液化的可能性,在有限元分析时,改进了工程上常用的排水有效应力动反应分析方法,在地震期间采用Biot动力固结方程进行动力分析,可以同时考虑地震期间孔压的上升及固结消散对防洪堤的抗震液化和稳定性进行分析。采用非线性成层地基反演技术,反演分析基岩地震加速度曲线,对堤坝地震反应进行分析。地震响应的各种结果对于了解今后防洪堤在地震期间的运行状态具有一定指导意义。