冲击荷载下含夹层饱和砂土孔压变化规律分析

砂土中夹层的性状会影响饱和砂土孔压发展,从而影响砂土层变形。为研究夹层位置、厚度和种类等不同夹层状态下砂土液化过程中的孔压变化规律,设计了冲击荷载作用下层状砂液化试验,建立了含夹层饱和砂土理论模型,并将试验结果与理论分析进行对比。结果表明：含夹层饱和砂土的孔压发展呈现3个阶段,即快速上升、快速消散、缓慢消散阶段。高渗透性夹层高度越高,其下方土层孔压快速消散时长越短,越快趋于稳定值,但消散总时长无明显影响;低渗透性夹层高度或厚度的增大,均会使夹层上方孔压快速消散阶段速率加快,孔压消散稳定阶段延长,孔压消散总时长随之线性增长;同时,孔隙水会在低渗透性夹层下方形成水膜,夹层高度或厚度的增加均会使水膜持续时间增长,但水膜形态主要受夹层厚度影响。试验结果与理论分析较为一致,说明了试验的可靠性。     

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。     

黄河三角洲饱和粉质土液化性能试验研究

在黏粒含量和干密度恒定的情况下,进行了一系列重塑黄河三角洲饱和粉质土不排水动三轴试验,试样直径为50 mm、高为100 mm,重点研究了有效围压、动荷载和粉粒含量等因素对饱和粉质土液化特性的影响。试验结果表明:（1）在粉粒含量不小于50%的情况下,粉粒含量的增加降低了黄河三角洲饱和粉质土的液化势;（2）重塑黄河三角洲饱和粉质土的动强度随有效围压的增大而增大,与初次液化振动次数的对数近似呈线性关系;（3）与砂土相比,粉质土的动孔压很难达到有效围压,并且随有效围压的增大,相同条件下动孔压达到有效围压的比率降低;随粉粒含量的增加,其对动孔压的影响有减小的趋势;粉粒含量的增大减缓了动孔压的增长;（4）根据本次试验结果,给出了重塑黄河三角洲饱和粉质土的动孔压计算模型及相关参数取值。     

饱和砂土液化后大变形机制的离散元细观分析

采用颗粒流软件模拟了饱和砂土在不排水条件下的循环剪切试验,研究了不同因素对液化的影响,并进一步分析了饱和砂土液化后宏观变形的基本规律。在此基础上,从孔隙分布角度解释了砂土液化后的大变形的细观物理机制。通过自编程序对颗粒排列和孔隙分布的演化过程进行定量描述,给出孔隙率标准差作为液化后体积收缩势的度量,并研究了孔隙率标准差与液化后大变形的关系。离散元细观数值模拟再现了室内试验中的宏观现象,证实了室内试验中饱和砂土液化后的有限剪切大变形是客观真实的材料响应。土体体积收缩势的累积所导致的孔隙均匀化以及土颗粒间自由空隙增大正是饱和砂土液化后循环剪应变逐渐增大的细观机制。孔隙率标准差作为孔隙均匀化的量化指标,与循环剪应变各周次幅值有良好的相关性。     

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。     

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。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

饱和砂土爆炸液化特性研究

基于有效应力动力分析法,在Byrne有效应力弹塑性模型的基础上,提出了一个能够考虑主应力轴旋转、饱和砂土含有少量气体、饱和砂土液化后的应变软化和应力重分布特性的弹塑性模型。将该模型编制成分析模块,并与通用岩土分析软件FLAC接口,进而对饱和砂土分别在单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波荷载作用下进行数值模拟分析,分别考虑了水平、微倾以及斜坡场地等3种工况,并且对爆炸地震波荷载与天然地震波荷载作用下饱和砂土的动力特性进行了对比研究。数值模拟结果表明,该模型能够很好地表现饱和砂土的爆炸液化气特性;不同动载和不同场地条件下,饱和砂土表现的动力特性以及液化行为也不尽相同。     

强度弱化条件下饱和砂土地基中桩-土相互作用p-y曲线研究

在地震荷载作用下,可液化土层中的桩基础往往会由于地基土体液化而发生破坏。在此过程中即使土体最终没有达到完全液化,但由于超孔隙水压力的存在,饱和砂土会发生强度弱化,也会导致土体对桩身水平抗力的降低。此时若不考虑超孔隙水压力对土抗力的影响,仍然采用API规范中的p-y曲线对桩基础进行设计,结果将偏于危险。针对这种情况,首先利用竖向-扭转双向耦合剪切仪对饱和砂土进行了循环扭剪动强度试验,研究了不同弱化状态下饱和砂土的动力特性和弱化参数;然后基于浅层处改进的土楔体理论模型推导极限土抗力公式,并结合深层处的绕桩流动破坏理论模型,得到了任意深度处不同孔压比下的极限土抗力,进而构造了不同弱化状态下饱和砂土地基中桩-土相互作用的p-y曲线。通过研究发现:表征土体强度弱化状态的孔压比对桩-土相互作用的极限土抗力的影响非常显著,孔压比越大,土体强度弱化程度越严重,饱和砂土的极限土抗力值就越小,即横向受荷桩对周围土体的作用随着土体强度弱化程度的增加而降低,反之则增大。     

透水与隔水夹层对粉质土液化影响试验研究

黄河三角洲沉积物以粉质土为主,循环荷载作用下隔水夹层与透水夹层的存在对粉质土孔压累积、消散及液化的影响如何,目前尚不清楚。本文针对4种隔水夹层与透水夹层的组合情况,利用现场原位振动和室内土样振动试验,研究隔水夹层与透水夹层的存在对循环荷载作用下黄河口粉质海床土液化过程影响,发现循环荷载导致黄河三角洲粉质土孔隙水压力、粒度成分、密度、含水量及孔隙比等物性指标发生的变化,因夹层的不同有明显的差异,并且其液化性能因夹层结构的不同而不同,有透水夹层时,相对提高了粉土的抗液化性能,隔水夹层则相反。     

Liquefaction characteristics of silts

Summary The paper presents a summary of the results of cyclical triaxial load testing of samples of silt and silty sands. The paper emphasizes differences in behaviour observed between reconstituted triaxial samples of clean sand, of sand containing 10, 20, 30 and 60% silt, pure silt, and undisturbed samples of silt and silty sand. An important observation is that the mechanisms of deformation for sit are different for reconstituted and undisturbed samples, the undisturbed sample having a specific geological structure which seems to slow down the excess pore water pressure accumulation, but which still results in cyclic deformations regularly increasing from the very beginning of the test and rapidly reaching high levels. The other important observation is that fine-grained noncohesive soils such as silts and silty sands can be as, or even more, susceptible to liquefaction as clean sands. Test results on samples of sand containing 10, 20 or 30% of silt indicate lesser resistance to liquefaction than pure sand samples. The paper shows the difficulty in identifying a representative parameter to compare the behaviour of silts and silty sands with pure sand, and it seems that more research will be needed in this area.     

饱和粉砂不稳定性的试验研究

通过对净砂和级配良好粉砂(含10 %粉土)进行一系列三轴固结不排水试验（CU）,研究了粉土、孔隙比和围压对饱和粉砂不稳定性的影响。试验结果表明,净砂与粉砂在不排水剪切条件下均会出现应变软化现象（即不稳定性）。同一围压下脆性指数(IB)随孔隙比增加,但不稳定线的应力比随孔隙比增加而减小。引用等效粒间孔隙比(ege)后,净砂和粉砂在ege-ln p?平面上拥有基本相同的临界状态线。在临界状态理论及等效粒间孔隙比的基础上,提出在同一修正状态参数(?ge)下净砂和级配良好粉砂有相似的不稳定性。     

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.     

Prediction of flow liquefaction instability of clean and silty sands

Adding a small amount of non-plastic silt to clean sands may lead to dramatic loss of shear strength and a noteworthy tendency toward contraction when the mechanical behavior of the mixture is compared with that of the clean host sand. Thus, simulation of the behavior of silty sands with varying fines content is still a challenging subject in geomechanics. A unified constitutive model for clean and silty sands is presented in this paper. To eliminate the factitious decrease of void ratio associated with inactive silt particles in various silty sand mixtures, the concept of equivalent void ratio is used in the model formulation instead of the global void ratio. In addition, the instantaneous soil state is expressed in terms of intergranular state parameter taking into account the combined influence of intergranular void ratio, mean principal effective stress and fines content. Then, dilatancy and plastic hardening modulus are directly linked to the intergranular state parameter. To improve the model capacity in simulation of cyclic tests, new features are added to the plastic hardening modulus. It is shown that the proposed model can reasonably reproduce the mechanical behavior as well as the onset of flow liquefaction instability of clean and silty sands using a unique set of parameters.     

水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究

水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明：水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。     

颗粒级配和结构对粉砂力学性质的影响

分析了几组原状、重塑和配制土样的静三轴试验结果,认为颗粒级配和结构性是影响粉砂应力-应变关系和强度特性的两个主要因素。当颗粒级配不同时,结构性原状粉砂土样和不具有结构性的配制土的强度均不同。相同颗粒级配的原状和重塑粉砂的强度也不同。而颗粒级配稍有不同的一种配制粉砂与原状粉砂在应力-应变关系和强度特性方面相接近。此种配制粉砂可替代原状粉砂做为模型试验用土。     

粉细砂的真三轴试验与强度特性

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验,针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进,并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明,建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。     

The effects of surcharge on liquefaction resistance of silty sand

In the recent earthquakes, numerous cases of liquefaction occurred in sands containing both plastic and nonplastic fines that resulted in significant damage. Most previous research efforts have focused on clean sands regardless whether the sand contain fines or not made evident by widespread shallow foundation failures, numerous cases of settlement, and lateral displacement. Still, despite the amount of related research, results seem somewhat contradictory. This study directly demonstrates the beneficial or detrimental effect of uncertainty surcharges on seismic responses. Models were subjected to two destructive realistic events with similar PGA with various frequency contents and duration. In this paper, the dynamic analyses were conducted as fully non-linear elasto-plastic coupled stress-flow analyses with coupled liquefaction triggering which reasonably captured the actual behavior. The silty sand deposits underlying the surcharge are capable of liquefying and developing large shear deformations that can cause serious damage. Therefore, excess pore water pressure ratio cannot be enough by itself to evaluate liquefaction potential, so the deformations should be examined. Numerical results provide an estimate of the seismic performance liquefiable deposits underlying the surcharge; these results can be useful for a realistic practical engineering.     

厦门砂土的动力特性研究

为了探讨厦门砂土的动力特性,对厦门金秋豪园场地的中粗砂和细粉砂做了一系列振动三轴试验,并对同一场地的含泥中砂做了4个共振柱试验。根据试验结果,确定了中粗砂与细粉砂的液化曲线和动本构关系,提出了相应的动孔压模型,得到了含泥中砂在小应变条件下动剪切模量和阻尼比的变化规律。