砂土液化引起大位移对地下管道影响的非线性分析

地下管线是生命线工程的主要部分,已经成为现代工农业生产和城镇生活的大动脉。已有震害调查表明,饱和砂土液化引起的地基大变形(侧向变形和沉降)是导致强震区生命线工程震害的主要原因。采用三维非线性有限差分分析方法来研究砂土液化引起的大位移对地下管道的破坏特征,分析砂土液化的斜坡变形特征、孔隙水的演化过程。结果表明,砂土液化引起的大位移对地下管道有破坏作用,导致管道变形规律与其斜坡的位移规律相同,地下管线的变形随着振动频率和幅值的增加其非线性增大。     

饱和砂土地铁车站的振动台试验研究

地震作用下,饱和砂土地层地铁车站的动力反应特征是城市轨道工程抗震的关键问题。以太原地铁新近沉积粉细砂地层地铁工程为对象,通过模拟地震运动输入的饱和砂土地基地下结构的振动台模型试验,分析了不同峰值加速度地震作用下饱和砂土与地下结构相互作用的动力反应性状。研究了地震波作用的放大效应与频率特征,动孔压比增长发展过程和液化区域分布,以及动土压力的变化规律。表明加速度放大系数为1.5~2.0;0.1~0.25g峰值加速度地震作用下饱和砂土均产生动孔隙水压力累计发展;0.3g峰值加速度地震作用下饱和砂土产生液化,抑制了土与地下结构的振动放大效应,地表面大量冒水,结构模型出现了明显上浮,地下结构两侧产生震陷。     

地震作用下防波堤结构地基液化及变形分析

采用有限差分软件FLAC3D,对防波堤结构地基地震响应进行了分析和计算,重点给出了地基液化程度和变形情况。计算结果表明:在强度较小地震作用下,防波堤结构地基破坏的程度较小,可以正常使用;在较强地震作用下,防波堤结构地基出现了较明显的孔压增长和位移变化。当地震加速度峰值提高到0.2 g后,防波堤地基出现明显液化现象,液化区域主要集中在右侧上层。地震引发的防波堤变形对结构整体安全影响较小,对安全性影响的主要因素是砂土液化,会造成结构不同程度的破坏。     

2021年青海玛多7.4级地震典型建筑震害对比及讨论

青海玛多7.4级地震发生后,本文作者随科考队开展了典型工程的震害调查。本文报道了黄河乡江旁村和昌马河工区这2个典型调查点的建筑震害情况。调查表明:邻近微观震中的黄河乡建筑震害程度相对较轻,主要表现为部分房屋落瓦,砖混结构少数承重墙及框架结构部分隔墙开裂,土木结构房屋部分严重破坏,部分围墙倒塌;而距微观震中以东85 km的昌马河工区建筑震害则相对较重:无抗震措施的砖木结构房屋全部严重破坏或倒塌,具备合理抗震措施的砖混结构基本完好或轻微破坏,在建轻钢厂房均钢柱倾斜、维护墙明显开裂并且围墙多数倒塌。调查分析表明:造成两地震害差异的主要原因为抗震措施差异以及地表破裂和砂土液化影响:黄河乡多数房屋具备合理抗震措施,昌马河工区多数民居缺少抗震措施;昌马河工区附近发现疑似地表破裂痕迹,而紧邻黄河乡的河岸发现砂土液化迹象。这表明昌马河工区的地震作用中类似近场的高频能量可能较多,而黄河乡地区则因砂土液化使得高频地震动作用有所降低,由此造成两地震害程度与震中距呈现反差关系。     

地震液化区桥台滑坡数值模拟

桥台在桥梁系统中占据重要位置,桥台的稳定性直接影响到桥梁的抗震性能。在国内外大量震害中发现大量由桥台破坏引起的桥梁损坏,而且这些破坏常常伴随着由于液化引起的地面大变形。为研究液化场地中桥台滑坡机理,采用完全耦合的有效应力分析方法,利用修正的PasterZienkiewicz Mark-Ⅲ模型来模拟砂土在地震荷载作用下的液化特性。研究台顶梁重和液化层位置对桥台位移的影响,并分析夯实作用对砂土液化的影响。结果表明:模拟得出结果与振动台试验结果基本一致,而且简单的夯实不能降低砂土液化的风险。     

汶川地震六度区内场地液化问题初步研究

对汶川地震中VI度区内出现液化的场地进行实地调查和勘察。结果表明,以周围非液化场地房屋地震中的表现衡量,这些液化场地的确处于Ⅵ度区,有些比Ⅵ度区还要低。这些VI度区内液化场地,地下水位较高,剪切波速值低,具备液化基本条件,但并没有超出常规范围;其地层中砾石层含量占优,部分夹杂有砂土透镜体,液化土既有细粒土(砂土)液化可能也有砂砾土液化可能。此次地震Ⅵ度区内出现显著液化及液化破坏的现象,与我国现有抗震规范有关条文规定相悖,其机理需要深入研究。     

液化对地表运动影响的现场试验研究

通过现场人工激震土体液化试验,研究液化对地表地面运动的影响,以求从一个新的角度得到地表运动与液化关联性的认识。设计了受到不同震动幅值下3种不同密实度的饱和砂土样人工激震试验,得到了其液化水平与地表加速度的关系以及液化对地表运动的影响规律,试验结果表明:荷载较小不足以使砂土发生完全液化时,砂土相对密度对孔压上升极限值起控制作用;荷载能使砂土液化时,砂土相对密度对孔压上升速率起控制作用,其中密实砂土最为敏感;以孔压比作为液化水平特征量,液化土体开始影响土表加速度的孔压比门槛值在0.3左右,液化土体削减地表加速度的孔压比在0.3~0.7之间,该值与饱和砂土的相对密度正相关、与荷载幅值负相关,而液化土体显著影响地表加速度的孔压比在0.7以上。     

含弱渗透性覆盖层饱和砂土地震液化特性研究

针对含弱渗透性覆盖层的饱和砂土地基进行一组离心机振动台试验,并采用OpenSees对试验模型进行数值模拟。通过模型试验与数值模拟结果对比讨论OpenSees对于饱和砂土地基地震液化模拟的精度;采用水平方向的Arias强度表示传入某一位置的地震动强度,并以液化时水平方向Arias强度作为该土层的抗液化强度;采用OpenSees计算不同地震动输入时饱和砂土的反应,以此检验Arias强度作为抗液化强度的准确性。结果表明,引起饱和砂土液化所需要的地震动强度随深度增加而增加;当传入的地震强度达到砂土发生液化所需要的地震强度时,该层砂土将会发生液化。     

遮帘式板桩码头地基地震液化破坏机理

遮帘式板桩码头作为一种新型的板桩结构型式,其抗震性能研究是设计建造过程中的重要环节。在FEM-FDM水土耦合计算的平台上引入循环弹塑性本构模型,借助FORTRAN编程软件形成饱和砂土动力液化分析的数值方法,可有效模拟饱和砂土在地震动力作用下的非线性及大变形特性,同时也可模拟砂土液化流动对遮帘桩和前墙的动土压力。研究表明:地震作用下可液化土层超孔隙水压力比增长并发生较大的水平流动变形,对前墙的水平破坏大于竖向破坏;前墙剪力最大值位于海床与前墙交界处;遮帘桩剪力最大值位移与前墙底平行的位置;后拉杆拉力逐渐变大,前拉杆拉力逐渐变小。通过对板桩码头地震液化灾害的分析,可为抗震和抗液化设计提供参考依据。     

2001年昆仑山口西8.1级地震区的冻土及地震破坏特征

通过对2001年昆仑山口西8．1级地震区冻土震害考察研究表明，震区主要存在冰碛、冲积、洪积和湖积等成因的冻土，沿地震破裂带冻土厚度变化较大。震区冻土变形破坏主要包括地震构造成因的地震破裂带和由地震振动引起的裂缝、液化、震陷和崩塌等。冻土中地震破裂带在地表主要以脆性变形为主，在地震断裂左旋走滑运动作用下，主要由剪切裂缝、张裂缝和开裂的挤压鼓包等组成。裂缝、液化、震陷和崩塌等变形破坏的展布特征及其组合形式与震区岩土与环境条件密切相关；本次地震震害具有地震破裂带规模大、有建筑物分布的青藏公路一线地震烈度衰减较快和震害分布受岩土条件影响大等特点。     

Settlements of saturated clean sand deposits in shaking table tests

Shaking table tests were conducted on saturated clean Vietnam sand in the large biaxial laminar shear box (1880 mm×1880 mm×1520 mm) at the National Center for Research on Earthquake Engineering (NCREE), Taiwan. The settlement of sand specimens was measured and evaluated during and after each shaking test. Without liquefaction, the settlement of sand caused by shaking is very small. Significant volume changes occur only when there is liquefaction of sand. The volumetric strain of liquefied sand was calculated according to the measured settlement and the thickness of liquefied sand in the specimen. Relations between volumetric strain after liquefaction and the relative density of saturated clean sand were developed for various shaking durations and earthquake magnitudes. They are not affected by the shaking amplitude, frequency, and direction (one- or multidirectional shaking).     

不同厚度饱和砂土中群桩结构动力响应试验研究

液化土中桩基础动力响应规律一直是工程抗震领域关注的热点问题。本文基于非液化砂土和不同厚度饱和砂土中的2×2群桩结构模型振动台试验,通过输入一定峰值加速度和频率的正弦波,对群桩在非液化土层和两种不同厚度饱和砂土层中的横向动力响应特性进行振动台试验研究。研究结果表明:在正弦波输入情况下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,波形变化规律与峰值大小均相差不大;而对两种不同厚度饱和砂土中承台加速度和位移峰值放大较多,在相对较薄的饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了1.83倍,较台面输出位移峰值放大了1.58倍;在相对较厚的饱和砂土中承台加速度和位移峰值则分别放大了2.18倍和1.91倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

非饱和黄土动力液化研究——以党家岔滑坡为例

黄土具有极强的水敏性和动力易损性，黄土地区多次强震都引起过液化、滑坡等地质灾害，造成了严重的人员伤亡和财产损失，因此振动作用下高含水率黄土的液化问题不容忽视。在大量已有研究的基础上，以宁夏党家岔滑坡为例，研究振动作用下高含水率黄土的液化问题。现场调查发现高含水率滑带土并未达到完全饱和状态（饱和度达95%左右），在新鲜的芯样断面发现有明显的"流态化"液化破坏特征。借助室内试验和数值模拟技术，对党家岔滑坡非饱和黄土层的液化性能及液化发生机理进行分析。结果表明：（1）非饱和黄土层液化发生机理可概括为：地震作用下饱和黄土层孔隙水压力激增，高含水率非饱和黄土层孔压增长响应滞后，随着孔隙水压朝上部消散，地下水向上渗流，当平均有效应力接近0时，高含水率非饱和黄土层发生液化；（2）振动过程中不同饱和度黄土孔隙水压力增长响应具有滞后性，借鉴饱和黄土液化时孔压比的判别标准和Seed简化判别法，初步证实党家岔滑坡高含水率非饱和黄土层可发生振动液化，斜坡前缘和中部土体发生液化的初始饱和度范围分别为68.3%~100%和73.8%~100%，斜坡后缘土体不发生液化。     

饱和黄土场地原位试验及液化势评价

目前,主要依靠室内动力试验对黄土液化势进行评价。由于黄土特殊的结构性,室内试验对其饱和的过程较为复杂,且与实际场地饱和黄土差异明显,导致室内黄土液化试验结果并不能代表现场饱和黄土的抗液化强度。本文选取兰州市西固区寺儿沟村某饱和黄土场地进行钻孔测试,现场实施了标准贯入试验、静力触探试验以及剪切波速测试。应用Robertson的土类指数分类图对该场地不同含水率黄土的土类进行了界定,确定了饱和黄土属于类砂土,有液化势。应用NCEER推荐方法,计算了3组原位试验数据的饱和黄土循环抗力比（CRR）,通过与1976年唐山地震和1999年集集地震液化土CRR对比,得出了饱和黄土抗液化强度很低的结论。     

砂土液化标贯判别法在天津地区适用性分析

针对天津地区典型的饱和粉土液化判别现状以及抗震设防标准大幅调整的情况,进行标贯判别法的适用性分析。通过收集大量工程钻孔数据,结合唐山地震震后调查研究结果,对比分析国内三种规范标贯法的液化判别效果;并结合Seed简化法对明显液化区、非液化区数据进行液化回判成功率对比。研究结果表明,在Ⅶ度(0.15g)和Ⅷ度(0.20g)条件下,现行《建筑抗震设计规范》(2010版)法在天津地区液化判别的安全度最高,在液化区的判定成功率最高,但在非液化区的误判率也很高,且判定的液化程度等级与实际液化情况相比明显偏重;地标《岩土工程勘察规范》法在液化区的判定成功率较高,与现行抗规2010版接近,但对非液化区的误判率降低比较明显,判定液化程度等级与实际情况吻合性较好,既保证了安全度,又体现出了一定的经济性,对天津地区粉土液化的适用性更好。     

饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。     

循环荷载下液化对土层水平往返变形的影响

采用多工况振动台实验研究液化对土层水平往返变形的影响.以干砂实验为参照,分析孔压增长与土层加速度和土层往返变形之间的关系.结果表明:液化将引起土表加速度显著降低,减小惯性力传递,但同时会引起土层往返剪应变明显增大.对往返变形而言,液化土层往返剪应变就可达到1%～5%的大变形状态,且液化土层往返剪应变沿深度呈下大上小分布.土层中孔压比0.4～0.8是往返变形出现放大的敏感段,在孔压比0.8左右而不是在1.0达到最大.作为其结果,土层液化将对刚性上部结构振动起减震作用,但同时增大的往返剪应变也易导致基础和地下结构破坏,特别是对液化层与下部非液化层交界处的构件更敏感.     

Pore water pressure increment model for saturated Nanjing fine sand subject to cyclic loading

Three groups of dynamic triaxial tests were performed for saturated Nanjing fine sand subjected to uniform cyclic loading. The tested curves of the excess pore water pressure (EPWP) ratio variation with the ratio of the number of cycles are provided. The concept of the EPWP increment ratio is introduced and two new concepts of the effective dynamic shear stress ratio and the log decrement of effective stress are defined. It is found that the development of the EPWP increment ratio can be divided into three stages: descending, stable and ascending. Furthermore, at the stable and ascending stages, a satisfactory linear relationship is obtained between the accumulative EPWP increment ratio and natural logarithm of the effective dynamic shear stress ratio. Accordingly, the EPWP increment ratio at the number of cycles N has been deduced that is proportional to the log decrement of effective stress at the cycle number N-1, but is independent of the cyclic stress amplitude. Based on the analysis, a new EPWP increment model for saturated Nanjing fine sand is developed from tested data fitting, which provides a better prediction of the curves of EPWP generation, the number of cycles required for initial liquefaction and the liquefaction resistance.     

饱和粉土液化特性的大型振动台模型试验研究

京沪高速铁路徐沪段路基的粉土粘粒含量少于1.5%、粉粒含量约为80%,在强烈地震作用下存在着液化可能性.为充分研究这一饱和粉土地层的液化特性,本文作者利用大型地震模拟振动台,进行了模拟自由场地饱和粉土的地震液化模型试验,试验结果再现了自然地震触发的粉土液化的各种宏观震害现象,揭示了饱和粉土的地震液化规律和特征。试验结果为京沪高速铁路徐沪段路基的抗震设计提供了参考依据。