黄土及一般含细粒土体液化判别方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题,现场黄土含水量较低,剪切波速较高,而实验室对其饱和,饱和过程对其土体结构影响还不确定,又由于固结比对土体刚度的影响仍然没有定论,这就导致室内黄土动三轴液化试验结果与现场力学指标一直无法建立联系。另一方面,黄土从颗粒组成来说,属于细粒土范畴,细粒土液化判别方法应可为黄土液化判别提供参照,但由于实验室配制试样相对密度、土体骨架强度及细颗粒赋存形式很难控制,导致细颗粒对土体液化势影响研究饱含争议与矛盾。本文紧密结合工程和科研工作需求,设计了一系列原状黄土在均等固结与偏压固结下的动三轴弯曲元试验,以及原状黄土在动三轴内饱和过程及饱和后的剪切波速试验,并且对一个饱和黄土场地进行了现场原位测试,回顾了现有标贯液化判别方法,对含细粒土体液化判别指标进行了系统研究,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土液化判别式,最后对CPT液化判别方法的可靠性进行了数据检验。具体工作和成果包括:(1)采用动三轴弯曲元试验系统,对兰州市多个场地原状黄土进行了均等固结与偏压固结下剪切波速测试,证实了相关固结比对土体刚度影响的试验研究结果,进一步对比均等固结与偏压固结下试样轴向变形,分析了固结比对土体刚度影响的机理。(2)采用动三轴弯曲元试验系统,首先对原状黄土饱和过程进行了剪切波速跟踪测试,并进一步对比饱和黄土与原状黄土在同一逐级加压的过程中剪切波速与轴向变形测试值,最后通过与现场饱和黄土场地水位上下黄土层实测标贯击数、剪切波速对比,分析了原状黄土遇水及饱和后的软化特征。(3)通过对比唐山、海城地震两个液化地区粉土与砂土的剪切波速与标贯击数统计关系,发现对于剪切波速相同的饱和粉土和砂土,由于粉土的触变性,粉土标贯击数显著小于砂土。结合NCEER推荐的基于SPT与VS的液化判别方法,建立了3个细粒含量下临界剪切波速与临界标贯击数的相关关系,证实了含细粒土体的触变性。(4)回顾了目前国内外有关含细粒土液化研究现状,结合1975年海城地震,1976年唐山地震,1999年土耳其Kocaeli地震和台湾集集地震液化与非液化土数据分析,详细对比了现有液化判别式和初判条件的优劣,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土标贯液化判别式。(5)回顾了NCEER推荐的Robertson的CPT液化判别方法和Olsen的CPT液化判别方法,通过对1999年台湾集集地震液化与非液化土数据分析,并将判别结果与SPT方法判别结果进行比较,指出了CPT液化判别方法还没有达到SPT方法的准确性,但是CPT的土分类图却是其最大的优势所在。     

饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题.本文基于不同黄土场地的现场标贯试验、波速测试和试样的室内动三轴试验研究以及《兰州市区建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3037-2006)使用反馈情况,提出了饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法:(1)地层年代、粘粒含量、塑性指数、剪切波速、土层埋深条件等可作为饱和黄土场地液化初判的指标;(2)国家《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)[2]中基于标贯击数的液化判别公式和液化指数计算公式适用于饱和黄土地基的液化判别和液化程度评价,但黄土液化判别的标贯击数基准值需要修正;(3)对应于设防加速度0.1g、0.15g、0,2g、0.3g、0.4g下饱和黄土液化判别的标贯击数基准值应分别为7、8、9、11、13,显著小于砂土液化判别的相应值.目前该判别方法已被纳入《甘肃省建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)[3].     

基于实测数据的场地特征参数与液化相关性分析

通过搜集国内外现有的地震液化实测数据,利用皮氏积距相关系数法分析了影响砂土液化的PGA、地下水位、饱和砂层埋深、标贯击数以及剪切波速等特征参数与液化的相关性,对比研究了在不同埋深、地下水位和烈度范围内各参数相关性的表现以及各参数相关性间的对比,得到了实际动荷情况、真实埋藏条件以及现场实测下土力学指标与液化关联性的真实结果。分析结果表明:地下水位、砂层埋深、标贯击数和剪切波速与液化呈负相关,PGA与液化呈正相关;砂层埋深、标贯击数与液化显著相关,而地下水位和剪切波速与液化相关性不显著;标贯击数与液化的相关性最大,其次为埋深、PGA和水位,最小为剪切波速。     

唐山和巴楚地区液化土动力性能比较研究

对以往曾经发生显著液化的唐山地区和巴楚地区的土动力学性能进行对比研究,包括两个地区砂土相对密度与剪切波速关系、剪切波速与标准贯入击数关系等,以此深入了解两个重要地区土层的动力性能,为研究区域化液化判别方法提供基础。结果表明:现行抗震规范液化判别方法数据来源主要为唐山地区,明显不适用于新疆巴楚地区的液化判别;唐山地区与巴楚地区液化场地砂土取相同相对密度时,两个地区液化场地砂土剪切波速差别很小;但唐山地区与巴楚地区液化层砂土平均标准贯入击数和V_s~N_(63.5)关系曲线差异显著,表明以V_s~N_(63.5)关系区分不同地区砂土抗液化能力是可能的。     

锡林浩特市市区地震砂土液化研究

收集整理锡林浩特市区34个钻孔资料,采用标准贯入试验法和剪切波速法对其进行地震砂土液化的判别,结果显示:当地震烈度达到Ⅶ度时,锡林浩特市区存在砂土液化问题,并给出锡林浩特市市区砂土液化分布范围。     

基于表面波法的剪切波速测试与场地土液化判别

剪切波速是岩土的一个重要工程特性参数。文中详细介绍浅层物探调查中的面波法的原理、分析方法,并利用面波法对王庆坨水库场地进行大面积勘探,获得水库场地的地下剪切波速度构造,利用面波所得剪切波速对王庆坨水库场地在VII和VIII级地震下进行液化判别;通过实验和回归分析得到了王庆坨地区第四系粘性土与粉土的剪切波速与标贯击数的关系曲线,为实际工程建设提供一种快速求得标贯击数的方法,对当地的工程场地的分类和评价有一定的参考价值。     

山东临沂地区砂土剪切波速与标准贯入击数关系统计分析

剪切波速(V_S)与标贯击数(N)之间存在相关关系,受地区土壤条件影响很大。对临沂地区场地实测得到的砂土的剪切波速和标贯击数之间的关系进行了统计分析,得到了砾砂、粗砂、中砂和细砂相应的关系曲线。结果发现受沉积环境的影响,砂土层粒径与埋深呈正相关,砂土粒径越大其密实段样本点数量越多。为消除不同密实程度段之间的相互影响,以密实度为划分标准进一步进行分区段统计分析,得到了不同密实程度的四类砂土的相关关系方程,通过实际钻孔数据对比了分段与不分段的统计分析结果,分段模拟能更好地反映两者之间的相关关系。将砂土根据密实度进行划分再给出剪切波速和标贯击数的回归关系可以提高分析结果的准确性,同时可以考虑土体特性的影响,更为科学。此研究为临沂地区提供了一种简便预估剪切波速的方法,对相关地区的工程建设和科学研究也具有参考价值。     

标贯击数液化判别方法的比较

依据标贯击数进行液化判别的方法,国外以NCEER推荐方法(改进Seed法)为代表,国内以《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)为代表。NCEER方法与国内规范方法所依据的地震液化现场调查资料不同,采用的液化判据、反映震级影响的方法和考虑黏粒含量影响的方法也不同。将NCEER方法以液化临界标贯击数与深度的变化曲线表示,并将其与国内规范方法确定的液化临界标贯击数随深度的变化曲线进行比较。结果表明,在相同烈度下:近震时,国内规范方法偏于安全;远震时,对于7.5级以下地震,国内规范方法偏于安全;对于7.5~8.5级地震,在一定加速度(烈度)下,NCEER方法与国内规范方法计算液化临界标贯击数接近,某些加速度(烈度)下NCEER方法偏于安全,某些加速度(烈度)下国内规范方法偏于安全。研究成果可为《水工建筑物抗震设计规范》的修订提供参考。     

砾性土抗液化能力与其液化判别方法研究进展

从砾性土的定义出发,回顾了砾性土从被认为不会液化到其液化现象引起工程师关注的研究历程及国内外研究进展。总结了含砾量、相对密度等因素对砾性土抗液化能力影响关系的研究现状。介绍了国际上对砾性土场地液化判别的研究成果及各种主流方法的优势与不足;分析了剪切波速方法应用于砾性土场地液化判别的可行性。研究认为:砾性土的液化现象正逐渐被科学界及工程界接受;含砾量对砾性土抗液化能力的影响研究仍然存在较大矛盾,相对密度等影响砂土抗液化能力的因素同样影响砾性土抗液化能力;砂土场地应用的标准贯入、静力触探等液化判别方法不适用于砾性土场地,国际上发展了基于动力触探和贝克尔贯入试验的液化判别方法;剪切波速判别方法在砾性土场地的液化判别中具有优势和潜力,是今后研究的方向之一。     

标贯法对巴楚地震液化场地适用性及误判原因分析

以2003年2月24日新疆巴楚-伽师地区液化调查为基础。检验国内外现有以标准贯入击数试验为指标的液化判别方法的适用性,包括我国规范液化判别方法和Seed-Idriss方法。检验结果表明,我国规范和Seed-Idriss方法在对巴楚地震液化场地判别成功率较低,总体成功率均为66%,非液化场地的判别成功率分别为85%和84%,但对液化场地判别成功率仅为43%和48%,明显偏于危险。原因可能是标贯形成数据主要来源其它地区而巴楚地区砂土与之差异较大所致,值得深入研究。     

基于支持向量机的砂土液化预测分析

将支持向量机方法应用于砂土地震液化预测问题.考虑影响砂土液化的因素,选用震级、标贯击数、相对密实度、土层埋深、地震历时、地面运动峰值加速度和震中距7个影响因子作为液化判别指标,建立了砂土液化预测的支持向量机模型.以砂土液化实测数据作为学习样本进行训练,建立相应函数对待判样本进行分类.研究结果表明:支持向量机模型分类性能良好,是砂土地震液化预测的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广.     

K_0状态下含砾无黏性土剪切波速特性试验研究

剪切波速是评估无黏性土力学性质的重要参数。为探究现行剪切波速液化判别方法不适用于砾性土场地的原因,利用自主研发的无黏性土剪切波速与相对密度联合测试系统,以汶川地震液化场地实测资料为参考,通过对福建标准砂和花岗岩圆砾按比例混合配制不同含砾量的砾性土试样在控制相对密度下的K0状态剪切波速试验,研究其含砾量对含砾无黏性土的剪切波速影响规律。试验结果表明:相对密度相同的砾性土剪切波速大于砂土,二者剪切波速比值与砾性土的含砾量成指数函数关系,两者比值最大为1.4;对于砾性土试样,在含砾量40%-60%间存在阀值,当含砾量小于该值,剪切波速随含砾量的增加明显增大,当含砾量大于该值,剪切波速的增长趋势放缓。试验研究指出了现行剪切波速判别方法不适用于砾性土场地的原因,揭示了含砾量与砾性土剪切波速的相互关系,提出了相同相对密度砾性土相对砂土的剪切波速修正公式,为建立新的判别方法提供了理论基础,也为岛礁珊瑚吹填土等宽级配无黏性新工程材料的性能研究拓展了技术手段。     

关于剪切波速判别饱和砂土层震动液化方法的改进

针对目前剪切波速判别饱和砂土层震动液化方法中存在的问题,提出了结合场况条件计算临界剪切波速的改进式。实例应用表明改进方法更具有合理性。     

坝基地震液化特性及动力稳定性分析

为了考虑水库大坝地基地震液化及动力特性,首先通过室内动三轴试验研究混黏土的粉土、粉砂在动荷载作用下的孔压累积特性,提出了选择双幅应变达到5%作为土样液化的标准;然后采用现场标贯试验和室内动三轴试验对水库坝基中的粉土、粉砂层进行了液化判别,并对判别结果进行了对比分析;同时在液化判别的基础上利用有效应力动力分析方法对坝基土体进行了考虑渗流和不考虑渗流的地震液化的非线性动力有限元分析,并将液化的判别结果与现场标贯试验、室内动三轴试验的判别结果进行对比,从中得出一些有益的结论可供类似工程参考。     

应用剪切波速判别砂土液化的研究综述

首先介绍了应用剪切波速判别饱和砂土振动液化的原理；然后从临界剪应变取值、砂土的抗液化能力与剪切波速相关关系的研究方法与设备、用剪切波速进行扰动评价、建立适用于不同土类的统一判别式四方面总结了国内外学者在该领域的一些研究成果及存在问题；最后针对以上问题提出作者的一些看法。     

福建沿海剪切波速与土层参数定量关系研究

通过对大量实测数据的分析，按照剪切波速与土层密度、标贯击数、土层埋深之间的关系特征，利用单因子及多因子回归分析方法，给出剪切波速与土层密度、标贯击数、土层埋深的定量关系。     

现有剪切波速判别方法对巴楚地震液化预测成功率分析

以2003年新疆巴楚6.8级地震砂土液化场地调查和现场波速测试为基础,研究目前国内外5种典型的以剪切波速为指标的液化判别式的可行性和适用性问题。分析表明,目前的5种剪切波速液化判别式对于新疆巴楚地区均没有给出满意的结果,成功率只在36%~64%之间。烈度法对巴楚地震液化和非液化场地判别成功率均只有40%左右,且Ⅶ度区偏于危险,Ⅸ度区又偏于保守;5种方法基准值临界线与巴楚地震实际曲线均相差很大,Ⅶ度区均完全错判;需要深入研究巴楚地区的土性特征,建立新疆地区区域性液化判别方法。     

循环剪切吸水条件下饱和砂土的应力应变规律

在实际土工抗震边值问题中,饱和砂土在许多情况下并非处于完全不排水条件,可能由于土性等因素的不同而出现各异的排渗条件。排水条件对土体的动力应力应变响应有较大影响,本文基于新开发的孔隙水注入控制系统,进行了循环剪切条件下饱和砂土吸水试验,研究了剪切吸水对土体动力特性的影响规律。通过试验发现:剪切吸水条件下砂土的抗液化强度较不排水条件下降低,同样的循环剪切条件下轴向应变发展更大;试样的抗液化强度降低和轴向应变增加程度随剪切吸水率的增大而增加。基于对饱和砂土体变规律的已有研究,本文初步解释了剪切吸水条件下饱和砂土应力应变特性规律的物理实质。     

地下水位对砾性土层剪切波速的影响研究

通过地下水位修正来间接反应有效应力对土层剪切波速的影响的方法被应用于我国剪切波速法砂土液化判别,但现行方法不适用于砾性土层。利用GDS大粒径三轴-剪切波速系统测试不同含砾量,不同相对密度的砾性土在不同应力条件下的剪切波速,研究有效应力对砾性土剪切波速的影响。结果表明:砾性土的剪切波速与有效应力满足幂函数关系,其指数参数稳定,不受土性影响;结合对汶川地震震后调查的砾性土的上覆土层分析,推导出适合砾性土层剪切波速判别法的水位修正公式,给出了简化的线性表达;并分析了地下水位变化对剪切波速测试结果的影响。     

根据细粒含量和标贯击数确定砂土液化强度曲线的方法

液化强度曲线是确定和验证本构模型材料参数的重要依据,也是决定有效应力动态有限元分析的可靠性的关键。但确定砂土的液化强度曲线需进行动三轴试验,耗费较大。因此利用一些常规数据来推算出液化强度曲线就很有必要了。已有方法通过整理地层信息数据库中的192个动三轴数据得到了细粒含量和液化强度的分布关系,但其分布范围太广。针对这一不足,文中提出了结合标贯击数N值进一步明确液化强度曲线的位置。经工程应用说明新方法可较好地确定液化强度曲线的位置;同时通过比较动态有限元计算结果和常规液化判定结果,说明基于该方法得到的材料参数是比较可靠的。