宝鸡市渭北台塬马兰黄土震陷特性研究

以宝鸡市地震小区划为依托,选取渭北典型黄土台塬场地,采集大量不同深度（1m、3m、5m）原状马兰黄土样品进行动三轴震陷试验,研究不同深度黄土震陷变化规律。建立了震陷曲线数学模型,分析表明,震陷基本参数起始动应力受含水量影响最显著,随含水量增加而减小,临界动应力与极限动应力受含水量影响不明显,但含水量大于塑限后随含水量增加而减小。震陷基本参数与孔隙比呈负相关关系,存在一特征孔隙比,当大于该特征孔隙比后,震陷临界动应力和极限动应力随孔隙比增大而迅速减小。提出一种表征震陷敏感性的指标¬—震陷敏感性系数Sc,反映震陷发生难易程度,其随含水量的增加而增大,随孔隙比的增加而增大。     

粉煤灰与动载耦合作用下黄土震陷试验研究

为了探讨粉煤灰与动载耦合作用下黄土的震陷问题,找出粉煤灰改良黄土的最佳配比,通过动三轴震陷试验,定性分析了黄土在不同粉煤灰掺量下的震陷特性。研究了粉煤灰掺量对黄土震陷性的定量影响规律,建立了黄土的震陷曲线方程,得到了粉煤灰掺量与残余应变的定量关系。研究结果表明:(1)粉煤灰掺量增加、动载作用均会引起黄土震陷性发生改变,即随着粉煤灰掺量的增大,土的残余应变逐渐减小,动应力幅值逐渐增大;(2)当动应力幅值相同时,残余应变随动载振次的增多而增大,其增长速率随动载振次的增多而减小,粉煤灰掺量越大,残余应变随动载振次的增长越缓慢;(3)在不同动载振次下,黄土的震陷临界动应力曲线随粉煤灰掺量的增加均经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷临界动应力的发展过程;(4)震陷试验得到的最佳粉煤灰掺量为20%。     

陕西富平黄土震陷特性及震陷小区划

典型黄土由于其特殊的大孔隙架空结构特征,在强震作用下具有强烈的震陷性。陕西富平县地处渭河盆地和鄂尔多斯地台的连接带,区内地震构造背景复杂,黄土分布广泛,黄土场地的震陷危险性较高。文章以富平县城市总体规划建设用地和富阎新区规划范围为研究区,通过资料收集、野外调研、室内试验和理论分析等方法,确定研究区的地震工程地质条件,采用地震危险性概率分析方法确定研究区不同超越概率水平的地震动参数,基于大量黄土动三轴试验确定区内不同地貌单元及不同地层黄土的震陷特性。在此基础上,对富平县强震作用下黄土场地的震陷进行评价,50年超越概率10%条件下,研究区内轻微、中等震陷区分布于浮塬和渭河二级阶地。50年超越概率2%条件下,研究区内轻微及中等黄土震陷区主要分布在石川河三—四级阶地、浮塬和渭河二级阶地。严重震陷区主要分布在渭河二级阶地、石川河三—四级阶地和浮塬。根据震陷等级给出了研究区50年超越概率10%和2%水平下的黄土震陷小区划。研究结果可为富平县的防震减灾工作提供科学依据。     

白兰高速公路沿线黄土场地震陷区判定与评价

采用DSD 160型电磁式振动三轴试验系统,通过对甘肃白银—兰州高速公路(国道109线)沿线黄土的震陷试验,探讨了该场地黄土在动荷载作用下的震陷特性。利用黄土震陷灾害预测方法和该地区黄土场地地震危险性分析结果,对该公路沿线黄土场地的震陷区进行了判定和评价。这些研究结果可作为该高速公路工程进行抗震设计和地震变形分析的基本依据,对黄土地区其它工程也有一定的参考价值。     

黄土震陷变形特征的离心模型试验研究

通过离心模型试验研究了原状黄土和强夯处理黄土震陷变形的特征。试验结果表明,原状黄土的震陷量随着土体含水量和黄土层的厚度的增加而增大;试验结果同时表明,强夯法处理黄土地基在有效深度范围内可以完全消除黄土地基的震陷性。     

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...     

大厚度自重湿陷性黄土湿陷变形特性水分入渗规律及地基处理方法研究

为研究大厚度自重湿陷性黄土的湿陷变形特性、水分入渗规律以及地基处理合理方法等问题,选择典型大厚度自重湿陷性黄土场地,进行了布置沉降观测点和埋设水分计的浸水试验以及挤密桩、DDC（孔内深层强夯）桩地基处理试验。试验结果表明,在水分入渗过程中,深度22.5～25.0 m以上土体易发生湿陷,该深度以下土体则含水率增加缓慢,达不到湿陷起始含水率,不易发生湿陷,因此该深度考虑可作为现场湿陷性评价的临界深度,也可作为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时可参考的地基处理下限深度。DDC桩间距为1.0～1.4 m时,无论从挤密系数还是湿陷系数都能满足规范要求;挤密桩15 m试验区域沉降量较小,但其剩余湿陷量任未满足要求,这也佐证了关于22.5～25.0 m深度难于发生湿陷的结论。试验成果可作为今后大厚度自重湿陷性黄土地区工程建设以及黄土规范进一步修订的参考。     

关于黄土湿陷性评价和剩余湿陷量的新认识

在总结诸多大型浸水现场试验成果的基础上,提出了一些关于湿陷性评价方法和剩余湿陷量合理控制等问题的新认识,目的是为了修正自重湿陷性黄土场地的自重湿陷量计算值与其实测值之间的差异,并减小地基处理深度。在获取自重湿陷量的计算值时,引进了一个深度修正系数?,使自重湿陷量和湿陷量的计算值接近实测值,这在一定程度上降低了较深部位黄土的剩余湿陷量。在获取湿陷量计算值时,提出了扩大湿陷系数阈值(0.015)的方案,并与深度修正系数?联合使用,达到了扩大湿陷量的计算值和降低较深土层的剩余湿陷量的目的。提出了大厚度自重湿陷性黄土场地的湿陷临界深度的概念,通过若干资料将其初步确定为20²5 m之间,结合深度修正系数和扩大湿陷系数阈值方法,使用湿陷临界深度概念,可以更为有效地降低较深土层的剩余湿陷量。新的研究思路可为自重湿陷性黄土场地的类似工程和黄土规范的修订提供一定的参考。     

不同含水量下原状黄土动强度和震陷的试验研究

对原状黄土进行动三轴试验,探讨了黄土的动强度和震陷随含水量的变化规律。试验结果表明,塑限含水量可作为黄土动强度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量变化对震陷临界动应力和动粘聚力的影响非常显著,大于塑限的含水量变化对其影响微弱,而动摩擦角不受含水量的影响。通过对震陷曲线的定量分析,说明有必要对黄土的震陷性进行分类。     

湿陷性黄土场地湿陷下限深度与桩基中性点位置关系研究

湿陷性黄土场地的湿陷下限深度与桩基中性点位置密切相关,为了解决桩基设计方案不当问题,如何准确判定湿陷下限深度显得十分重要。在系统分析并总结宁夏固原桩基系列浸水试验、兰州和平镇黄土浸水试验及其他地区桩基浸水试验研究成果的基础上,揭示了黄土湿陷下限深度与桩基中性点位置确定的相互关系,得出了以下研究成果：（1）指出了均质黄土现场浸水试验水的竖向渗透深度是有限的（一般为20～25 m）,现场黄土湿陷发生的下限深度也是有限的,不宜按室内试验的湿陷系数确定的下限深度来直接评判;（2）给出了室内湿陷性评价试验中湿陷系数 或自重湿陷系数 随地区和深度变化的取值建议,同时,建议在湿陷量计算时引入深度修正系数和地基土浸水机率系数,初步给出大厚度湿陷性黄土场地不同地区湿陷下限深度评价系数 ,可以有效减小湿陷性评价的室内外差异;（3）由室内试验计算确定的湿陷下限深度偏于保守,导致桩基设计过分夸大了负摩阻力的不利作用,造成桩基设计承载力偏低;（4）大厚度湿陷性黄土场地桩的中性点最深位置不宜大于20～25 m,湿陷性评价下限深度小于20 m的场地,宜按评价深度确定中性点位置;给出了桩侧负摩阻力估算方法,并建议桩基负摩阻力平均值取20～35 kPa为宜。     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

郑西客运专线黄土路基震陷研究

以郑（州）西（安）高速铁路为例,选择潼关段为研究区,采集大量原状黄土样品,将合成的人工地震动输入到动三轴,进行了固结不排水的动三轴实验,估算了黄土路基的震陷量。建立了高速铁路黄土路基动力学数值模型,研究了50年10%和2%的超越概率水平的地震作用下黄土路基的永久变形,以及地基处理后黄土地基的永久变形。结果显示, 沉降主要发生在Q3黄土中,强夯、DDC桩等地基处理措施可以有效的减少地基黄土的沉降变形,但是当处理深度不够时,在强地震作用下仍然可以产生较大沉降。研究成果为地基抗震处理提供了依据。     

Study of shaking table test of seismic subsidence loess landslides induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall

Light rain or moderate rain is the most common meteorological event in the rainy season in the loess area of China, so the probability of landslide hazards induced by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the condition of light rain or moderate rain is relatively higher than that under heavy rain. To study the dynamic response characteristics and instability mechanism of loess slopes by the coupling effect of earthquakes and rainfall under the conditions of moderate rain and light rain, a low-angle slope model test of a large-scale shaking table after 10 mm of rainfall was carried out. By gradually increasing the dynamic loading, the evolution of the macroscopic deformation and the instability failure mode of the slope model are observed; the temporal and spatial trends of the amplification effect, acceleration spectrum, pore pressure and soil pressure are analyzed; and the failure mechanism of the slope is determined. The results showed that the amplification effect increased along the slope surface upward, and a strong amplification effect appeared at the front of the top of the slope. Because of the stronger dynamic stress action on the upper part of the slope, the immersed soil in the upper part of the slope experienced seismic subsidence deformation, the saturation in the seismic subsidence soil increased, and the water content temporarily increased locally. With the further increase in the loading intensity, a large number of tension cracks were generated in the seismic subsidence area, and water infiltrated down along the cracks and the wetting range expanded under dynamic action. The range of seismic subsidence and cracks further extended to the deep part of the slope. Under the reciprocating action of the subsequent ground motion, the swing amplitude of the soil mass in the seismic subsidence area, which is divided by a large number of cracks in the upper part of the slope, increased further, resulting in the further reduction in the residual strength of the seismic subsidence soil mass located at the crack tip due to the pull and shear action. Finally, under the combined action of gravity and dynamic force, the upper soil mass in the seismic subsidence area dragged the lower soil mass in the seismic subsidence area downward because the sliding force is greater than the residual strength of the soil mass, which induced a seismic subsidence-type loess landslide. Under the coupling effect of earthquakes and rainfall, the instability mode and mechanism of this landslide are significantly different from those of liquefaction-type landslides.

     

强震区黄土结构演变与力学响应机制

黄土因其遇水产生湿陷变形而对工程构筑物的安全性造成严重威胁.强震区黄土遭遇先期地震后其内部结构将发生变化,结构演变与黄土初始含水量密切相关.先期地震对黄土的结构性破坏引起宏观力学特征变化,为揭示强震区黄土结构演变与力学响应的内在机制,基于动三轴对黄土试样预先施加不同PGA（peak ground acceleration）条件下动荷载进行预震处理,模拟强震区先期地震对黄土的扰动,后进行固结不排水试验,分析抗剪强度指标与地震荷载及初始含水量的关联性.试验结果表明,初始含水率为2%时,预先施加地震动荷载的黄土试样与未预先施加动荷载的试样相比,其峰值强度出现了明显降低,且随着预先施加动荷载PGA的增加,峰值强度降幅增加.孔隙水压力随应变的不断增加趋于平缓,有效轴向应力和有效围压随应变的不断增加而持续减小,最终趋于平缓;初始含水量增加至12%,预震处理后的黄土试样强度增大.通过绘制应力路径关系曲线,确定了强震区黄土失稳的临界失稳线,对于同一黄土试样,PGA增加后引起黄土失稳线不断下移,表明黄土中的应力状态随地震动荷载的增加而发生变化.初始含水量为12%时,预震后的黄土试样剪切强度增大,表明含水量增加后,前期地震荷载开始破坏黄土初始结构性,导致试样密度增大,产生强度增加效应.      

西宁地区原状黄土强度各向异性试验研究

为了研究西宁地区原状黄土的各向异性特性,采用应力-应变控制式三轴仪对不同深度、与沉积方向呈不同角度土样进行室内固结不排水剪切试验,分析不同深度处偏差应力与取样角度之间的关系以及在不同应变下各向异性体现程度的规律。结果表明:黄土的应力-应变曲线在最优含水率附近呈应变硬化型,其破坏形式以胀鼓型为主;原状黄土的应力-应变曲线在不同方向上呈现很明显的不同,土样的轴向应变值相等时,偏差应力在竖直方向最大,在与竖直面呈45°或90°方向时最小;原状黄土的各向异性在不同应变下的体现程度与其所承受的应力历史有关,当其所承受的先期固结压力较小时,黄土的各向异性程度随应变的增加而降低,反之,则各向异性的程度随应变的增加而升高。     

岷县漳县地震灾后重建场地黄土震害预测

通过对取自2013年岷县漳县Ms6.6地震影响区8个灾后重建安置点的黄土进行室内动、静三轴试验,研究了极震区2个灾后重建场地黄土的动、静力学特性,分析了地震影响区内3个灾后重建安置场地的黄土斜坡稳定性和5个场地黄土的震陷性;并结合安置点的地形地貌特点,对灾后重建场地潜在黄土地震地质灾害进行了预测。结果表明:极震区黄土在静力作用下具有明显的应力强化特性,在循环动荷载作用下具有刚度迅速衰减和粘滞性急剧增强的特征;MX-2和MX-3重建场地的斜坡在地震作用下存在失稳的可能;Ⅷ度以上地震作用下,MX-1、ZX-1、LT-1和LX-1场地存在产生不同破坏等级震陷灾害的风险;Ⅷ度以上地震作用下MX-1场地的黄土可产生液化,存在导致山体液化滑坡、泥流以及建构筑物地基失稳和不均匀沉降等地震灾害的风险。