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。     

细粒含量对粉土动孔压发展模式影响的试验研究

采用多功能静动液压剪切仪进行了粉土动荷载下的孔压试验,探讨了黏粒含量和粉粒含量对重塑粉土动孔压发展的影响。试验模拟大震时细粒含量影响的孔压发展规律,对已有的指数形式孔压模式进行修正,以便模拟初始液化发生后达到一定液化程度的实际情况,该模式包含2个参数a和b。研究结果表明,细粒含量对粉土动孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数b上。粉土中粉粒含量与孔压参数b的关系呈单调的线性关系,而黏粒含量与孔压参数b的关系则不是单调的线性关系,是在黏粒含量为8 %时孔压参数b达到的最大值,试验数据验证该修正的动孔压模式有更广泛的应用性。     

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。     

非饱和粉土的液化特性研究

使用非饱和土动三轴试验仪,对非饱和粉土进行动力强度试验,探讨了饱和度、动应力比及固结围压对非饱和粉土动力强度特性、液化特性及孔压特性的影响。试验结果表明：（1）非饱和粉土的动强度随饱和度的增加而下降,在相同动剪应力比下饱和度与液化振次在半对数坐标上成线性关系;（2）非饱和粉土的液化与不液化的临界曲线近似成S型,非饱和粉土的抗液化能力随饱和度增大而降低,当饱和度小于60%时,土样不会液化;（3）非饱和粉土的动孔压随振次增大而增长,孔压的增长呈现出三段式的模式。     

黄河三角洲饱和粉土液化特性及孔压模型试验研究

以黄河三角洲地区可液化场地粉土为研究对象,利用室内循环三轴试验结果,分析了动荷载作用下粉土的液化特性,通过模拟地震荷载作用下粉土的孔压响应,提出了原状粉土的孔压上升模型,并与粉质粘土和粉砂的液化特性和孔压模型进行了对比,并得出一些结论。     

混黏土的粉土、粉砂室内试验液化判别标准的研究

目前对于在循环荷载作用下的混黏土的粉土、粉砂的液化判别还存在着很多问题。根据动三轴试验的结果,对天津地区的混黏土的粉土、粉砂在循环荷载作用下的孔压累积及动变形特性进行了分析研究,对混黏土粉土、粉砂室内试验液化判别的孔压及应变标准进行了探讨。并将现场波速试验与室内试验判别液化的结果相比较。发现对于天津地区的混黏土粉土、粉砂,在循环荷载作用下,孔压达到围压的60 %～80 %,即趋于稳定,相应的全幅应变约为5 %。因此,这两项指标可作为液化的判别标准。     

天津地区饱和粉土地震液化的试验研究

地震液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一。通过对天津地区粉土进行原位取土以及现场原位测试分析,研究了粉土土质特点对液化判别的影响,并在动三轴试验基础上阐述了该区域粉土的动力特性和液化机制。结合原位测试方法比较了现有的地震液化判别方法,指出该区域粉土液化判别应考虑粉土成分特征的影响,并提出孔压达到围压的60%～90%,双幅应变达到4%可作为液化的判别标准。     

地震荷载下辽西饱和粉土液化特性分析

地震荷载作用引起的粉土液化是路基抗震设计的重要问题。通过动三轴试验研究了不同围压、动剪应力条件下辽西地区饱和粉土的液化特性,并利用应变孔压模型对辽西饱和粉土路基进行了液化特性的数值模拟分析。结果表明:围压条件一定时,动剪应力与液化振次呈双曲线关系;抗震设防烈度为7度时,超越概率63.5%和10%的地震荷载不能使辽西饱和粉土发生液化,而超越概率2%时液化深度约为5 m左右,这为粉土路基抗震设计提供了一定的参考依据。     

饱和粉土液化后变形特性试验研究

利用多功能静动液压剪切三轴仪,进行了一系列饱和粉土液化后变形特性试验,研究了干密度和液化程度对粉土液化后变形特性的影响,并考虑试验动加载前小幅预振和不规则动加载对粉土液化后变形特性的影响。试验结果表明,液化后变形可由两段应变 和 组成。干密度越小, 越大, 段剪切模量越低;液化越严重 越大,不同液化程度对 段剪切模量影响很小;动加载前小幅预振和不规则动加载对液化后变形影响较小。提出了饱和粉土液化后变形模型,给出了模型参数的推导。验证结果表明,该模型的计算值与试验值吻合较好,说明该模型能很好地描述这种变形行为。     

循环荷载作用下海床结构粉质土的液化渗流机理定性研究

通过对黄河三角洲海床粉质土的基本性质和循环荷载作用下的喷水冒砂现象的分析,认识了海床粉质土的结构性。利用岩土破损力学原理,建立了海床结构粉质土的二元介质模型。定性分析了结构带土体在加荷、卸荷、液化渗流过程中的变形破损和在液化渗流过程中有效应力和超孔隙水压力的相互转化,指出在液化深度内,土体恢复后的固结强度应提高。这与试验结果相一致。用二元介质模型对解释试验中液化渗流差异是结构带内出现喷水冒砂和结构体上出现遍地冒水现象。     

饱和砂砾料振动孔压与轴向应变发展模式研究

利用自行研制、开发的高精度中型动三轴仪,对文选定的砂砾料液化过程中的孔隙水压力增长和轴向应变发展模式进行了研究。同时,对剔除粒径大于5 mm后的模拟料,采用相似级配法,运用DS-2T型动三轴仪进行了一组平行试验。着重比较了砂砾料和模拟料在振动荷载作用下孔压、应变发展模式的区别。结果表明：在均压固结条件下,砂砾料在循环应力作用下,其孔压的发展模式与模拟料不同,可以用修正的反正弦进行拟合,而模拟料振动孔压的发展模式可用反正弦拟合;二者振动孔压均达不到初始有效固结围压,约为初始围压的90 %左右。模拟料与砂砾料在振动荷载作用下,应变发展模式不同。前者在初始液化前应变幅值较小且无明显增长,临近初始液化时应变大幅度增加导致试样突然破坏;后者在循环荷载作用过程中应变幅值一直稳定增加。     

基于耗散能量的饱和黄土动孔压模型

通过一系列不排水动三轴试验探究了饱和黄土振动液化过程中孔隙水压力和累积耗散能量的演化模式,并讨论了围压、动应力幅值和固结应力比对其演化过程的影响。结果表明：饱和黄土的孔隙水压力和耗散能量随着循环荷载作用逐渐累积。固结围压抑制孔隙水压力增长而消耗更多能量;更大的动应力幅值使得孔隙水压力增长更快而消耗能量更少;等压固结下,孔隙水压力增长至围压从而触发初始液化,而偏压固结下,通常先达到振动液化应变标准而孔隙水压力并没有增长至围压水平,并且固结应力比越大,液化时孔隙水压力越小,消耗能量也更少。归一化孔隙水压力u/σ₀’与累积耗散能量W/W_f之间关系受围压、循环应力比和固结应力比影响较小,可统一用双曲线模型表示。     

Shaking table tests to investigate the influence of various factors on the liquefaction resistance of sands

This paper presents the shaking table studies to investigate the factors that influence the liquefaction resistance of sand. A uniaxial shaking table with a perspex model container was used for the model tests, and saturated sand beds were prepared using wet pluviation method. The models were subjected to horizontal base shaking, and the variation of pore water pressure was measured. Three series of tests varying the acceleration and frequency of base shaking and density of the soil were carried out on sand beds simulating free field condition. Liquefaction was visualized in some model tests, which was also established through pore water pressure ratios. Effective stress was calculated at the point of pore water pressure measurement, and the number of cycles required to liquefy the sand bed were estimated and matched with visual observations. It was observed that there was a gradual variation in pore water pressure with change in base acceleration at a given frequency of shaking. The variation in pore water pressure is not significant for the range of frequency used in the tests. The frequency of base shaking at which the sand starts to liquefy when the sand bed is subjected to any specific base acceleration depends on the density of sand, and it was observed that the sand does not liquefy at any other frequency less than this. A substantial improvement in liquefaction resistance of the sand was observed with the increase in soil density, inferring that soil densification is a simple technique that can be applied to increase the liquefaction resistance.     

排水刚性桩群桩抗液化性能的振动台试验研究

排水刚性桩是一种将竖向排水体与刚性桩相结合的新型抗液化处理措施。为研究排水刚性桩群桩的抗液化作用效果,开展了桩顶竖向荷载作用下排水刚性桩处理可液化地基的振动台试验研究,分析了地基土体的超孔压响应、加速度响应及桩顶结构的水平位移响应,并与未设置排水体的普通桩群桩工况进行对比。结果表明：加载开始后,排水桩桩身排水通道有大量超孔隙水排出,普通桩桩身没有排水现象。采用排水桩时超孔压比峰值比普通桩中减小12%,孔压消散稳定后超孔压比减小13%左右,排水桩桩身的排水通道对超孔压的消散作用集中在振动作用的前期。排水桩桩顶的侧向永久位移较普通桩桩顶侧向永久位移减小约27%。试样土体液化前,剪应力-应变滞回圈包络面积较大,土体呈现一定的剪胀特性。液化后,排水桩的剪应力-应变滞回圈的割线模量更大。上述试验结果均表明了排水刚性桩在抗液化方面的有效作用。     

土工袋垫层抗液化性能振动台试验研究

土工袋能够有效地约束袋内土体,具有良好的滤水保土作用,可以用于地基抗液化,但土工袋抗液化性能尚未有系统及深入的研究。开展了一系列小振动台试验,验证土工袋垫层的抗液化效果,研究了振动加速度、土工袋层数和排列方式对抗液化性能的影响。结果表明：土工袋具有良好的抗液化效果,袋内土体的超静孔压比小于同深度处周围的土体;土工袋垫层的排水性能是在土工袋本身具有良好透水性的基础上,孔隙水会沿着土工袋与土体的界面以及袋间的空隙排出;相较于不透水刚性垫层,振动过程中土工袋垫层表面基本保持水平,发挥出较好的变形协调性;土工袋层数增加及交错式排列对抗液化效果有利。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

基于现场液化试验的饱和砂土孔压增量计算模型

采用现场液化试验,研究水平场地孔压增长模式,提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验,以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型,发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系,并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下,与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同,现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律,中间存在阈值;通过参数分析和试验实例验证,构建的孔压增量计算模型,可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。