饱和原状黄土液化基本特征的振动台试验研究

天然黄土因其较强的结构性,制备大尺寸原状试体非常困难,国内外尚无针对饱和原状黄土实施振动台模拟试验的数据与资料。通过解决大尺寸原状黄土试体现场取备难题,利用振动台模拟试验研究饱和原状黄土液化现象及其基本特征。试验结果表明:饱和原状黄土的液化现象,在超孔隙水压力增长、持续与消散的趋势性上与饱和砂土具有可比性,二者的最大差别在于细节特征方面的不同;饱和度是决定地震作用下天然黄土液化特性的首要条件;试体饱和度约为90.3%的条件下,加载后的最大孔压比约为0.93;饱和度85%、75%和65%可能是天然黄土能否发生液化现象、似液化现象(循环失效)和不考虑循环失效现象的临界值。试验获得的资料与分析结果,对深入理解饱和土体液化物理过程与力学机制意义重大。     

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。     

饱和砂土液化前高孔压状态的流动特性试验研究

将液化及液化后状态的砂土视为流体状态,研究发现液化及液化后砂土是一种剪切稀化非牛顿流体。对于液化前高孔压状态下的流动特性也值得探讨。根据落球黏度计的原理,开发了饱和砂土液化前流动特性的模型试验装置。在模型箱中铺设饱和砂土,模型箱底部与一水箱相连,提高水箱高度可以使模型箱中的饱和砂土产生超孔压。模型箱的砂土中埋设一个可以水平拉动的钢球,通过监测钢球水平运动的速度和所受的阻力来计算砂土的表观黏度,得到饱和砂土液化前高孔压状态下的流动特性。试验中考虑了超孔压比、钢球运动速度对结果的影响。试验表明,饱和砂土在液化前高孔压状态下,表观黏度均随着应变率的增大而减小,呈现出剪切稀化非牛顿流体特性,同时随着超孔压比的提高,表观黏度也逐渐减小。     

饱和砂土液化研究进展

根据国内外文献资料,从三方面总结了饱和砂土的最新进展:饱和砂土液化判别方法、砂土液化的试验研究以及液化后分析,特别是探讨了液化对上部结构的影响。最后指出了存在的问题和今后的研究方向。     

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。     

饱和砂土液化特性的振动台试验研究

基于地震模拟振动台试验,配制3组不同平均粒径和3组不同细粒含量的6个砂土模型,通过埋置于砂土内部的传感器监测模型内部不同位置的超孔隙水压力等指标,分析砂土模型内部的超孔隙水压力时程曲线及孔压比时程曲线,归纳出地震波加载峰值、砂土平均粒径、细粒含量及埋置深度等因素对饱和砂土液化特性的影响规律。试验结果表明:随着地震波加载峰值的增大,砂土模型液化程度逐渐增大,液化势逐渐增大,抗液化强度逐渐减小;随着砂土埋置深度的增加,砂土细粒含量的增加,砂土平均粒径的增加,砂土模型液化程度逐渐减小,液化势逐渐减小,其抗液化强度逐渐增大。同时,试验结果还表明,砂土液化各影响因素对砂土液化的影响程度依次为地震波强度＞砂土埋置深度＞砂土平均粒径、细粒含量。试验结果可为后续数值模拟的参数选取提供支持,为研究其他因素对砂土液化的影响提供参考。     

不同厚度饱和砂土中群桩P-Y滞回曲线规律研究

根据Buckingham π定理设计制作直群桩和斜群桩相似模型,通过电磁式振动台试验方法,分别考虑非液化砂土、300 mm和380 mm两种不同厚度饱和砂土,开展在规则正弦波输入下桩土相互作用P-Y滞回曲线规律研究.结果 表明:在非液化砂土中,P-Y滞回曲线的主斜率变化较小,说明在振动输入过程中,桩周土体刚度并未发生显...     

饱和砂土地震液化判别的分形插值模型

借鉴分形基本理论,提出了基于分形插值模型的饱和砂土地震液化判别方法.该方法首先选取影响饱和砂土地震液化判别的7个主要因素,根据分类标准,采用在每级标准中随机内插的方法,得到40个标准样本,用于构建饱和砂土地震液化判别的分形插值模型;其次根据最大似然分类原则确定每个饱和砂土地震液化判别指标的评价分维数;然后利用加权求和法计算样本的综合评价值,并根据样本综合评价值与经验等级之间的关系建立分形插值评价模型;最后,进行了实例分析结果表明:该模型的评价结果合理、客观,计算得到的每个样本具体得分值,即使对属于同一级的样本也可以给出其地震液化程度的顺序,为饱和砂土地震液化评价工作提供了一种新的研究方法与思路.     

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。     

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。     

Study on liquefaction of saturated loess by in-situ explosion test

Liquefaction testing at a saturated loess site was performed under the simulated earthquake ground motion induced by artificial explosions with micro-time intervals. The time histories of ground acceleration, pore water pressure and the ultimate value of residual strain were recorded and measured. The modified FEQdrain computation software was used to analyze the liquefaction. Both the test and the analysis confirm the objective occurrence of loess liquefaction. Furthermore, the reliability of the method of the loess liquefaction analysis based on FEQdrain and the model of pore water pressure development of saturated loess are examined. Supported by: China Ministry of Science and Technology (Granted No.2000-35), Registration No.for Publications of Lanzhou Institute of Seismology, CSB:LC2002-001.     

黄土场地地震液化研究

通过往返加荷动三轴试验，对兰州某民用机场扩建工程场地的饱和黄土和砂土进行了液化试验。在试验结果的基础上，运用抗液化剪应力判别方法、地震危险性分析计算结果以及根据有限元一维模型计算求得的该场地的地震剪应力，对该场地饱和黄土和砂土的地震液化进行了综合判断。结果表明，在未来遭受到50年10％超越概率的地震作用时，该场地的饱和黄土比饱和砂土更容易发生液化。     

液化场地土-地铁车站结构大型振动台模型试验研究

本文对浅埋于可液化南京细砂地基中的地铁车站结构进行了大型振动台试验研究,对部分试验结果进行了整理,分析了模型地基的加速度和振动孔隙水压力的反应规律。试验结果表明:在整个试验过程中,模型地基浅层土和地铁车站侧向附近地基土最容易发生液化;其次,随着振动台台面输入地震动峰值加速度的增大,离车站结构较远的侧向地基土和底层地基土再发生液化,而车站结构正下方的模型地基土最不容易液化。同时,在模型地基土发生液化后,地铁车站结构发生了明显的整体上浮现象。     

Evaluation for Earthquake Liquefaction of Loess Sites

ugh the sinusoid loading dynamic triaxial test, the liquefaction property of saturated loess and sand selected from a civil airport of Lanzhou, Gansu is examined. Based on the laboratory results, a comprehensive assessment on the earthquake liquefaction potential of the loess and sand is given, using the liquefaction resistance shear stress method and the results of seismic hazard assessment. It is found that under the effect of ground motion with exceedance probability of 10% within 50 years, the loess in the study is more susceptible to liquefaction than sand.     

Assessment of soil liquefaction incorporating earthquake characteristics

This paper investigates the effect of nature of the earthquake on the assessment of liquefaction potential of a soil deposit during earthquake loading. Here, the nature of the earthquake is included via the parameter V, the ‘pseudo-velocity’, that is the gross area under the acceleration record of the earthquake at any depth below the ground surface. By analysing a number of earthquake records from different parts of the world, a simple method has been outlined to assess the liquefaction potential of a soil deposit based on the pseudo-velocity. For many earthquakes occurred in the past, acceleration records are available or can be computed at the ground level or some other depth below the ground surface. Therefore, this method is a useful tool at the preliminary design stage to determine the liquefaction potential before going into a detailed analysis. Validation of the method is carried out using a database of case histories consisting of standard penetration test values, acceleration records at the ground surface and field observations of liquefaction/non-liquefaction. It can be seen that the proposed method has the ability to predict soil liquefaction potential accurately, despite its simplicity.     

Probabilistic evaluation of liquefaction potential under earthquake loading

This paper presents a procedure to perform the risk analysis for ground failure by liquefaction. The first part of this study describes the differential equation of a smooth hysteretic model to characterize the behavior of the soil under random loading. The parameters of the proposed model to represent the experimental relationship are discussed. The second part of this study is to develop a method to calculate the probability that a specified volume of soil will liquefy at a given depth in the deposit. The liquefaction is defined as the result of cumulative damage caused by seismic loading. The fatigue life of soil can be determined on the basis of the N---S relationship and Miner's cumulative damage law. The rain-flow method is used to count the number of cycles of stress response of the soil deposit. Finally, the probability of liquefaction is obtained by integration over all the possible ground motion and the fragility curves of liquefaction potential. The sensitivity of the reliability against liquefaction to soil system parameters is also examined.     

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。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。