纳米硅溶胶改良辽宁台安砂土的抗液化性能研究

辽宁台安砂土属于易液化砂,提升其抗液化性能具有重要的工程意义。文章针对纳米硅溶胶(CS)对辽宁台安砂土抗液化性能的改良效果进行探究,通过不排水动三轴试验,对纯砂样和改良砂样的液化特性进行对比研究,分析CS浓度和固化时间两个参量对改良砂样动力特性的影响。研究结果表明：(1)CS能够显著提升台安砂土的抗液化性能,在动载作用下改良砂样均未发生液化破坏。(2)随CS浓度和固化时间的增加,试样动孔压u_d、动应变ε_d呈现先迅速下降后趋于平缓的发展规律;当CS浓度增至4%、固化时间达到3周后,试样抗液化性能的提升效果不再明显。(3)改良砂样的滞回曲线变得更加稳定。随CS浓度增加,阻尼先降低后趋于稳定,动弹性模量逐渐增大并趋于平缓,但伴随有一定的波动;随固化时间增大,阻尼呈减小趋势,动弹性模量呈增大趋势。研究成果可为辽宁台安地区砂土液化治理提供参考依据。     

土体永久变形中地震动有效荷载研究

通过黏土和砂土的一系列动三轴试验,研究土体永久变形中地震动的有效荷载问题,提出了黏土和砂土应变门槛值与有效荷载幅值下限值的关系,给出了有效荷载幅值的计算公式和有效荷载的推荐值.结果表明,真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载有明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制.应变门槛值与有效幅值下限值呈非线性关系,应力幅值下限值比应变门槛值大,且在较小的应变门槛值情况下需要比率差别更大的有效幅值才能产生相应的应变.以使土体产生超过总应变10%增量的应力值作为有效荷载幅值,砂土情况下幅值应大于峰值的四分之一,黏土情况下幅值应大于峰值的三分之一.     

多振次循环动荷载作用下软黏土变形与孔压特性试验研究

动荷载作用下土体累积变形、孔压的发展不仅与动应力幅值有关,还与振动次数密切相关。本文通过GCTS空心圆柱扭剪仪对天津海积软土进行循环三轴试验,研究了多振次不同循环动应力下土体的累积变形与孔压特性。试验结果表明:在多振次循环荷载作用下,临界动应力前后土体累积变形发展趋势不同。动应力幅值小于临界动应力,累积应变呈稳定型发展;动应力幅值大于临界动应力,累积应变呈破坏型发展。按照累积应变发展形态的不同,分段建立考虑动应力幅值影响的长期变形公式。同样根据孔压发展趋势,也相应地分段建立了孔压增长预测公式,拟合值与试验值较为吻合。     

相对密实度对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出砂土相对密实度对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;应变比C与砂土相对密度间关系具有规律性,随相对密度增大而降低,若采用以20周作为标准作用次数、0.65倍地震波峰值为等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。同时,冲击型荷载的应变比C`要远大于振动型荷载。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

基于颗粒流数值模拟的饱和砂土流动性分析

给出了基于颗粒离散元模拟饱和砂土不排水循环三轴试验的模型和方法。基于计算结果,分析了模拟试样在循环荷载下的流动性及主要特征。结果表明,数值模拟得到的循环荷载下饱和砂土宏观动力响应与室内动三轴试验结果基本一致,控制应变幅值和有效固结压力对试样宏观动力响应的影响规律符合已有的认识;控制应变幅值对模拟试样的平均流动系数-孔压比关系曲线基本无影响,模拟试样的流动性演变与孔压状态相关;有效固结压力限制试样流动性的增长。验证了基于颗粒流细观模拟方法分析饱和砂土流动性的可行性。     

地震波类型对砂土震陷影响的数值模拟分析

地震波是一种随机的、不规则作用的动荷载脉冲,可分为振动型和冲击型。不同类型的地震波会对砂土液化和变形等产生重要影响,而传统的砂土震陷计算方法往往忽视这种因素,只考虑最大加速度幅值。通过编写UMAT子程序,在非线性有限元软件ABAQUS中开发亚塑性砂土边界面模型,对不同地震波类型下不同相对密度的砂土进行动单剪试验模拟,得到一系列砂土剪应变及竖向应变的时程曲线,并与室内试验结果进行对比分析。研究表明:在同一工况下,同类型的地震波引起的砂土竖向应变相近,不同类型引起的竖向应变差异明显;振动型地震波比冲击型引起的竖向应变更大。     

不同循环荷载作用下软黏土动力特性对比试验研究

研究交通循环荷载作用下路基软黏土的长期沉降和动力力学性质对路基设计具有重要意义。本文通过GDS动三轴实验,研究(不排水条件下)振动波形、排水条件以及动应力比三因素对于软黏土动应变和动孔压的影响。试验结果显示:排水条件对饱和软黏土的动应变和动孔压影响最大,在部分排水条件下动孔压逐渐消散,动应变迅速发展。振动波形对软黏土动应变和动孔压影响较大,单向纯压半正弦波作用下软黏土的动应变和动孔压较容易达到最大值。在较少的振次内动应力比对孔压影响较大,但在归一化的孔压模型中,动应力比对孔压影响较小。通过以上分析,本文建立包含循环振次和纯压因素的孔压增长模型。     

双向循环荷载耦合下黄土动模量和动变形特性研究

通过在三轴试样的轴向和径向同时施加循环荷载,并以试样45°面上的应力来模拟地震拉压动荷载和剪切动荷载的作用,分析双向循环荷载耦合下黄土的动剪切模量和动变形特性。试验结果表明:相位差对黄土的动剪切模量有一定影响,其动剪切模量随相位差的增大以φ=180°为转折点呈现先减小后增大的趋势,在φ=180°时达到最低水平。φ180°时相位差的增大加速了黄土动剪应变的发展,φ180°时黄土的动剪切变形的发展速度随相位差的增大而减缓。同时径向动荷载幅值的增大明显降低黄土的初始动剪切模量。通过计算转化,分析拉压动荷载和剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响规律,发现拉压动荷载的施加能加快黄土动剪切变形的发展,而当拉压和剪切动荷载同时变化时,剪切动荷载变化对黄土动剪切变形发展的影响更明显,作用更显著。     

循环荷载对上海软土动力特性影响规律的试验研究

为研究上海第4层软土在循环荷载作用下的动力特性变化规律,采用原状土进行室内动三轴试验,分析不同动应力比和频率对上海第4层软土动强度的影响。试验结果表明:对于上海第4层软土,其剪切模量与应变关系曲线几乎不受动应力比和频率的影响;剪切模量的下降主要发生在应变0~1%阶段;由于应变速率效应的影响,高频率时试样破环所需的循环次数要大于低频率时;动应力比达到0.2时土样才发生破坏;在土的不同应变阶段,频率对应变增幅的影响效果不同。     

基于OpenSees的砂土本构模型对比研究

饱和砂土液化是由地震引起的一种最常见的工程地质现象,也是造成重大地震灾害的主要原因之一。由于成因的复杂性和所造成灾害的严重性,饱和砂土液化一直是土动力学和岩土地震工程研究领域的重要课题。针对饱和砂土液化问题,基于开源地震工程数值计算平台OpenSees,对材料库中的4种砂土本构模型进行数值计算。采用二维u-p单元模拟土颗粒位移和孔隙水压力,分析和对比4种模型在循环动力荷载作用下的加速度、超孔隙水压力、位移、剪应力-剪应变和平均有效应力路径方面的响应结果。研究结果表明:(1)砂土对输入加速度表现出一定的放大效应,对于不同的模型,该放大效应存在一些差异;(2) Stress Density模型在循环动力荷载作用下易产生永久变形;(3)在循环动力荷载作用下,PDMY模型和CycLiqCPSP模型的强度逐渐降低,直到完全消失;(4) Stress Density模型和Manzari Dafalias模型在循环动力荷载下表现出明显的剪胀效应。研究成果对砂土液化的数值模拟问题具有重要的理论价值,可为饱和砂土的液化模拟和砂土本构模型的选取提供参考。     

荆江大堤下伏饱和粉细砂动力特性试验研究

针对荆江大堤江陵段下伏地层广泛分布的饱和粉细砂,参照原位试验成果重塑粉细砂试样,按估算的固结应力比(Kc约为1.6)对试样动剪模量、阻尼比及总应力动强度进行测试,结果表明:(1)试样应力-应变骨干曲线与Hardin-Drnevich双曲线模型假设高度吻合,Hardin公式可很好地拟合动模量/阻尼比与动应变的关系。在研究试样密实度范围内,最大动模量随围压和密实度的增加而增加,但围压对动模量的敏感性更高,且相同围压下动剪模量比与动应变关系曲线近乎重合。围压增大或密实度升高均会引起阻尼比的降低,1%应变对应的阻尼比分布在0.15~0.21之间;(2)偏压状态下以累积轴向应变5%作为液化判别标准进行抗液化强度试验,随特征振次及测试围压的增大,液化动剪应力比相应减小,试样振动孔压比最高仅能达到0.8~0.9;(3)由总应力法求取的动内摩擦角与黏聚力均随设定特征振次的增加而下降,且内聚力并非约等于0,表明动力作用下该试样具有一定的黏滞性。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明：振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

从海平面造成的影响预测下辽河平原区未来的砂土液化灾害

未来的海平面上升将对沿海地区的经济发展和自然环境造成重大影响。下辽河平原区是辽宁沿海经济带的组成部分,也是容易产生砂土液化灾害的地区。从讨论砂土液化灾害致灾因素着手,分析了该区未来的地震趋势和因海平面上升带来的地下水水位变化,预测下辽河平原区未来百年可能产生一次或多次局部较严重的砂土液化灾害,而产生大面积砂土液化的可能性不大。     

自由场典型液化特征数值模拟试验

应用FLAOD实现自由场液化数值模拟试验.试验结果验证了砂土液化典型特征:超静孔隙水压升高,有效应力降低,体积压缩积累增大.证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态变为流体,不能传递剪力,液化时砂土位移、速度、加速度振幅显著降低,剪应力降低,动水向上渗流,土体向下沉降,水平残留不可恢复位移.球压应力、有效压应力、动水压力满...     

基于SPT-APD-DDA的砂土液化评价方法研究

传统的规范法在建立经验判别准则过程中存在大量不确定性因素,工程中亟需针对复杂场地液化判别方法的综合性研究。通过对上海市包头路段沉管抢修项目49组砂土土样的研究,在标准贯入试验法(SPT)定性评价的基础上采用提出的绝对差值百分比法(APD),划分出35组判别结果精确及14组存在判别误差的土样。借鉴判别分析理论思想,将平均粒径D₅₀、不均匀系数C_u、比贯入阻力P_s、标准贯入点深度d_s、地下水埋深d_w和标准贯入锤击数N_63.5等物理力学参数加入液化评价,利用精确土样建立适宜研究区工程地质特性的距离判别分析模型(DDA),对14组存在判别误差或失误的土层进行定量评价。研究结果表明：建立的砂土液化综合评价体系对研究区具有较强的针对性与适应性,从多角度全面、客观地评价了研究区砂土液化情况。最终通过合理的抗液化沉陷措施,保障了后续工程的稳步进行,为类似地质条件场区的砂土液化稳定性评价提供参考和借鉴。     

列车振动荷载作用下南京细砂动强度变化规律研究

以南京细砂为研究对象,采用空心圆柱扭剪仪模拟列车振动荷载作用对应的土体单元所受应力路径,考虑试样围压、加载幅值和排水条件,研究列车振动荷载作用下土体动强度的变化规律。试验结果分析表明:在模拟列车振动荷载作用对土体竖向应变的影响时,采用椭圆应力路径来代替心形应力路径是切实可行的,能克服试验仪器高频加载时无法有效模拟心形应力路径的缺点;其次,当围压和加载幅值都较小时南京细砂主要表现为在振动初期强度强化特征,当振动次数达到一定数量后强度也达到一个稳定阶段;当试验围压较大时,随振动次数增加,南京细砂的强度变化主要以强度弱化阶段为主;同时,排水条件对其强度变化的主要影响表现为对其振动前期强度强化阶段的影响,对其强度弱化阶段的影响并不明显。     

Liquefaction potential and strain dependent dynamic properties of Kasai River sand

The availability of efficient numerical techniques and high speed computation facilities for carrying out the nonlinear dynamic analysis of soil-structure interaction problems and the analysis of ground response due to earthquake loading increase the demand for proper estimation of dynamic properties of soil at small strain as well as at large strain levels. Accurate evaluation of strain dependent dynamic properties of soil such as shear modulus and damping characteristics along with the liquefaction potential are the most important criteria for the assessments of geotechnical problems involving dynamic loading. In this paper the results of resonant column tests and undrained cyclic triaxial tests are presented for Kasai River sand. A new correlation for dynamic shear damping (D_s) and maximum dynamic shear modulus (G_max) are proposed for the sand at small strain. The proposed relationships and the observed experimental data match quite well. The proposed relationships are also compared with the published relationships for other sands. The liquefaction potential of the sand is estimated at different relative densities and the damping characteristics at large strain level is also reported. An attempt has been made to correlate the G_max with the cyclic strength of the soil and also with the deviator stress (at 1% strain) from static triaxial tests.     

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。