黄土场地震陷的灾害特征及成因研究综述

基于文献史料记载和现场科考成果,考证了黄土地区几次中强以上地震引发的黄土震陷灾害,分析了黄土震陷灾害的破坏模式、发育特征及其形成条件。依据大量不同地区黄土的动三轴试验结果,比较分析了黄土震陷形成的物性指标的区域性变化规律,并进一步研究了震陷临界动应力的影响因素。研究显示,黄土地区的几次中强以上地震的极震区均有黄土震陷事例;黄土震陷的灾害模式可区分为振密型震陷、震陷型滑坡和液化型震陷,并由土性条件、地形地貌和地震动作用形式决定;孔隙比大于0.8时,黄土高原地区的黄土需要考虑不同含水量条件下的震陷性,而黄土高原地区东南部的河南、河北和晋东南地区的黄土则可根据缩限含水量判定其震陷性;临界动应力的大小由黄土的结构强度所主导,临界动应力比与含水量之间存在很好的幂函数关系。     

黄土震陷系数与物性关系的研究

以Q3原状黄土为研究对象探讨了震陷系数与各种物理性指标的内在联系,采用多因素回归分析建立了震陷系数与含水量(W)、干密度(γd)、孔隙面积(A)、粘性含量(Pc)、初始动弹性模量(E0)的分析模型,构建了一个综合因子Y1代表上述5指标。结果显示震陷系数与物理指标间具有良好的相关性,其中天然含水量对震陷系数的总影响最大,干窖重次之。说明了原状黄土震陷性参数描述的合理性和基于物性指标参数关系的合理性。     

1995年永登地震黄土震陷变形特征及其形成机理

通过对1995年永登地震形成的黄土震陷场地现场考察及震区震陷形成的地震动和黄土厚度条件,用震区震陷试验曲线计算了震区试验震陷量。并通过震区震陷黄土和未震陷黄土微结构对比分析,探讨了黄土震陷形成的机理。结果表明,震区试验计算的震陷量略小于实际地震震陷量;黄土震陷产生的机理为地震力剪切作用下孔隙结构破坏,在重力和压力作用下振动质密所致。     

黄土震陷初判指标的界定研究

通过对宝鸡和兰州地震小区划中所获得黄土震陷数据的统计,对黄土震陷的影响因素如含水量、孔隙比、干密度、初始弹性模量进行了分析,得出了对震陷初判更实用、更为具体的多项指标标准,并对弹性模量应用于黄土震陷的判断进行了探讨。     

黄土的震陷性与其微结构特征的关系研究

借助电镜扫描分析手段，对Q3震陷性黄土的微结构特征、颗粒形态等进行了分析。结果表明黄土的显微结构对震陷系数有较大影响，并与震陷的临界动应力关系密切。通过孔隙含量的定量测试分析，探讨了中大孔隙对黄土震陷影响，并对土样的微结构某些指标进行了比较和分析。     

含水量对黄土震陷性定量影响研究

含水量是影响黄土震陷性非常重要的参数。本文以洮河三级阶地上典型的Q3黄土为研究对象,对其震陷性特征进行了全面、系统的研究。通过在20 m深探井中依次取得4 m、8 m、12 m、16 m、20 m处黄土原状试样进行室内试验,得到以下结果:(1)天然黄土存在震陷性随深度增加而逐渐减弱的规律;(2)通过增湿、减湿获得5%,10%,15%和20%四种不同含水量黄土试样,同一深度黄土随着含水量增加其震陷性增长的规律明显;(3)通过实验数据分析得到了含水量对黄土震陷性定量影响规律,并根据其规律给出了不同动应力作用下的黄土震陷临界含水量。     

黄土震陷研究及相关问题探讨

回顾了30多年来关于黄土震陷的研究工作和成果.黄土震陷已为微结构特征、动三轴和现场爆破试验所证实,成为黄土地震工程研究领域的一项重要课题,但仍缺少典型震例,且停留在饱和土理论研究阶段.应用微结构形态学方法表征土体结构性变得困难,土力学方法将是微结构应用于震陷性研究的有效途径.震陷性判定仅是在多个参变量值区间内的确定性判定,概率性震陷预测应得到开展.震陷系数估算多是基于室内试验数据的经验公式或半经验半理论公式,并未完全解决其物理过程和力学机制问题,比如参变量多、计算繁琐和实用性差等,故应从黄土震陷的物理力学机制出发,厘清影响黄土震陷的主导因素及其表征参变量,建立具有物理力学意义的数学理论估算模型.抗震陷处理技术的关键是消除土体的震陷性,并减缓震陷时土与土工结构物的相互作用.     

考虑土体性质的黄土震陷灾害区域性特征

本研究在通渭、兰州、西吉、宝鸡、西安等多个西北典型黄土震陷灾害场地获取原状土样,通过对密度、含水率、孔隙比、塑液限等物理指标的测试,分析其与土体震陷性的关系;通过动弹性模量和阻尼比、动强度、震陷等室内动力特性试验,并结合大量前人研究资料,分析土体性质对岩土震陷灾害的区域性影响。结果表明：1）震陷系数与单一土体物性参数呈正相关或负相关关系,六盘山以西和以东的黄土震陷特性反映了明显的地区变化规律,在相同地震荷载作用下震害东轻西重;2）随着时间的推移,人类的活动增加,改变了土的含水率,导致土体上覆压力增大,在上覆压力的作用下,土体的初始孔隙数量有所减少,其固结程度越来越好,宏观表现为土体的易损性即震陷性减小。     

地震荷载作用下黄土地基震陷研究

在某大型企业的地震安全性评价工作中,采用随机地震荷载输入动三轴进行了黄土震陷试验,探讨了该场地黄土在不同动荷载作用下的震陷特性。并对该场地地基未来可能发生的震陷灾害进行了评价,为工程地基抗震处理提供了依据。     

黄土场地震陷量的试验预测

通过不同地震荷载作用下黄土震陷的试验研究对兰州地区几个黄土场地的震陷量进行了预测．发现黄土在随机地震荷载和等幅正弦荷载作用下的震陷量预测结果存在一定的差别     

基于动三轴试验的压实黄土动强度特性研究

选取吕梁地区黄土,通过静压压实制备三轴试样,在GDS振动三轴仪上研究含水率、干密度和加载频率对压实黄土动强度的影响规律。结果表明:压实黄土的动强度及动强度参数均随振次的增加而减小,随含水率的增大而减小,随干密度和加载频率的增大而增大,动强度与振次之间的关系可用对数方程进行拟合。研究对黄土地区填方区基础建设具有重要意义。     

Experimental study on the dynamic modulus of compacted loess under bidirectional dynamic load

The dynamic characteristics of compacted loess are of great significance to the seismic construction of the Loess Plateau area in Northwest China, where earthquakes frequently occur. To study the change in the dynamic modulus of the foundation soil under the combined action of vertical and horizontal earthquakes, a hollow cylindrical torsion shear instrument capable of vibrating in four directions was used to perform two-way coupling of compression and torsion of Xi'an compacted loess under different dry density and deviator stress ratios. The results show that increasing the dry density can improve the initial dynamic compression modulus and initial dynamic shear modulus of compacted loess. With an increase in the deviator stress ratio, the initial dynamic compression modulus increases, to a certain extent, but the initial dynamic shear modulus decreases slightly. The dynamic modulus gradually decreases with the development of dynamic strain and tends to be stable, and the dynamic modulus that reaches the same strain increases with an increasing dry density. At the initial stage of dynamic loading, the attenuation of the dynamic shear modulus with the strain development is faster than that of the dynamic compression modulus. Compared with previous research results, it is determined that the dynamic modulus of loess under bidirectional dynamic loading is lower and the attenuation rate is faster than that under single-direction dynamic loading. The deviator stress ratio has a more obvious effect on the dynamic compression modulus. The increase in the deviator stress ratio can increase the dynamic compression modulus, to a certain extent. However, the deviator stress ratio has almost no effect on the dynamic shear modulus, and can therefore be ignored.     

剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷

为了研究地震荷载作用下黄土场地的震陷预测问题,以兰州黄土为研究对象来分析剪切波速和含水率与震陷系数的关系,并分别得出拟合函数关系。通过分析剪切波速和含水率在震陷过程中的内在联系,建立剪切波速和含水率双指标预测黄土震陷系数的方法,并依据该方法预测永登地震区黄土场地震陷量。研究结果表明:在一定的剪切波速区间内,震陷系数随着含水率的增加而增大;在一定的含水率区间内,震陷系数随着剪切波速的增加而减小。同时提出剪切波速可以反映黄土不因外部条件而变化的潜在震陷能力为绝对震陷能力的概念,相应的震陷系数称为绝对震陷系数,含水率影响潜在震陷能力的释放。通过震害实例计算验证剪切波速和含水率双指标预测方法的可行性。     

Experimental study on the influence of seismic subsidence of loess under bidirectional loading modes

Water content, dry density, void ratio, depth of soil layer, and seismic loading may all exert influence on the seismic subsidence of loess. Many scholars have carried out seismic subsidence tests of loess to simulate the stress on soil using unidirectional (axial) vibration instead of bidirectional vibration. We conduct seismic subsidence tests of loess using two different dynamic stress loading methods, unidirectional and bidirectional dynamic stress. In addition, the effects of different dynamic stress loading modes on the development of seismic subsidence of loess are compared for a case-study in northwestern China. The results show that (1) the increasing ratio of radial stress to axial stress has exerted significant influence on the seismic subsidence coefficient of loess under the loading mode of bidirectional dynamic stress (2) there is a critical ratio of radial stress to axial stress for seismic subsidence of loess, ranging from 0.6 to 0.8; when the ratio of radial load to axial load is greater than the critical value, the effect of bidirectional load on the development of seismic subsidence is more remarkable (3) when the ratio of radial load to axial load is smaller, the seismic subsidence of loess calculated by the existing unidirectional stress loading method is safe for engineering projects. However, if the value exceeds the safety ratio range it is dangerous to conduct safety evaluations using the seismic loess subsidence. The prediction value of seismic subsidence at engineering sites directly affects the later foundation treatment and the safety of the overlying structures. The seismic subsidence calculation and evaluation method in this study may provide a scientific basis for safety evaluations of loess sites in northwestern China.     

黄土湿陷系数与其物性指标的定量关系分析

湿陷性是黄土特殊且重要的工程性质。以黄土微观角度探讨湿陷性与物性指标之间的关系,再依据《中原城市群环境地质调查》统计得到的洛阳地区湿陷性黄土土性参数,运用MATLAB定量分析黄土湿陷性与其物性指标的相关性,得到如下结果：(1)在众多与湿陷性相关的物性参数中,洛阳地区黄土湿陷系数与孔隙比、干密度、塑性指数等物性指标关系密切,且相关性程度依次为孔隙比、干密度和塑性指数;(2)运用MATLAB分析湿陷系数与物性指标的定量关系,得到了该地区湿陷系数与物性指标之间函数关系的拟合公式;(3)通过实测值与预测值的比较,结合黄土的湿陷机理,论证拟合公式的合理性。研究方法对其他地区黄土湿陷系数的预测也具有启发意义。     

制样方法对非饱和压实黄土强度变化影响的试验研究

为研究不同制样方法对非饱和压实黄土抗剪强度指标的影响规律,进行不同干密度压实土在预湿及加湿两种制样方法下的剪切试验研究。结果表明:预湿制样试验中,存在一个临界含水率影响着试验黄土的黏聚力、摩擦角,当试样的含水率低于临界含水率时,抗剪强度随含水率增加而提高,而当含水率高于临界含水率时,抗剪强度随含水率的增加而降低;抗剪强度指标总体随试样干密度的增大而增大。加湿制样试验中,随着试样含水率的增加,黏聚力连续降低,摩擦角随含水率的增加先提高后降低,对比预湿试样而言,含水率对摩擦角的折减程度降低。可以看出制样方法对非饱和压实黄土黏聚力的影响特征比较突出,当含水率低于临界含水率时加湿试样的黏聚力比预湿试样大,而当含水率高于临界含水率时预湿试样的黏聚力较高,认为加湿试样存在类似"木桶效应",而预湿试样则与试样整体水平有关。研究结果对于进一步加深非饱和黄土抗剪强度指标的适用性研究具有一定参考价值。     

场地黄土扰动前后的湿陷性与其物性指标的关系

黄土物性指标可以近似但较为简便快速地评价其湿陷性.原状黄土在不同荷载和浸水的扰动下,随着其物性指标的改变,湿陷性也随之变化,故为了更好地评价这类扰动性黄土的湿陷性,在兰州东岗某场地上进行的两次相隔四十多年室内试验的基础上,采用相关分析的方法,研究扰动前后湿陷性系数与干密度、含水率、孔隙比、饱和度和塑性指数之间的关系.结...     

固原重塑黄土动力特性共振柱试验研究

利用GCTS共振柱测试仪研究了干密度和固结压力对固原黄土重塑土动剪切模量和阻尼比的影响及试验数据误差的基本规律。通过设计不同工况的试验条件,对比分析结果表明:相同含水率条件下,最大动剪切模量G_(dmax)随固结压力和干密度的增大而增大。相同干密度条件下,黄土的动剪切模量比随围压的增大而增大;阻尼比随围压的增大而减小;相同围压条件下,黄土动剪切模量比随干密度的增大而增大,阻尼比随干密度的增大而减小;不同剪应变特征点的动剪切模量比和阻尼比试验数据呈现一定的离散性,且离散程度阻尼比明显高于动剪切模量比。研究成果可为该地区场地地震反应分析及工程建设提供基础资料。     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。