永登5.8级地震极震区黄土微结构孔隙性的定量研究

通过电镜扫描手段和计算机图像处理,对1995年永登5．8级地震极震区遭受地震影响和未遭受地震影响的黄土微结构变化的各项指标进行了对比试验和分析,并将分析结果绘成受震与未受震两种孔隙分布曲线。从这些曲线可以看出,不同地点的黄土孔隙分布特征不同;同一深度不同地点的孔隙分布亦有明显差异。对未受震(粒状架空孔隙结构)与受震(粒状镶嵌孔隙结构)黄土的微观结构进行了定量处理,其分析结果较好地解释了土体的工程性质。同时介绍了黄土微结构研究的方法和要求,通过对黄土微观结构的定量处理,揭示了黄土震陷性与黄土孔隙含量所占比例大小的内在关系,达到了确定黄土场地震陷量的目的,验证了利用微结构研究黄土结构变化的可行性。     

极震区黄土微结构的试验研究

本文以1995年甘肃省境内5．8级地震引起的黄土地区震陷灾害实例，对黄土微结构孔隙性进行了定量研究。通过电镜扫描手段和SEM图像处理技术，对极震区震陷性黄土微观结构的各项指标进行了比较分析，得出不同地点的黄土孔隙分布曲线；对极震区受地震破坏和未受破坏典型架空孔隙结构的黄土进行了定量处理，较好地解释了土体的工程性质，结合激光粒度分析仪对极震区黄土进行了测量和统计分析。同时对无震区与强震区黄土孔隙分布曲线进行了对比研究。结果表明：不同极震区的孔隙分布特征不同，同一深度不同区域孔隙分布曲线亦有明显的差异。     

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。     

黄土震陷时微观结构随动应力变化分析

通过黄土微观结构图像的处理可以很好地提取黄土微观结构要素。本文取通渭老地震区的黄土做震陷实验,应用土体微观结构定量分析系统对不同正弦荷载下震陷土样的微结构图片作定量化结构效应分析,探讨了其不同动应力荷载下的微观结构参数变化规律,并建立了各参数与动应力的对应关系。结果表明,黄土震陷由其微观结构及外部荷载共同决定,各微观要素在震陷过程中有不同变化,孔隙的有效直径、孔径分维、连通率和颗粒定向度的微结构参数变化与残余变形变化基本保持一致。     

永登震后黄土微结构特征研究

对1995年甘肃永登5.8级地震后的土样进行了电子显微镜扫描及孔隙量化处理,从黄土的微结构角度对黄土震陷现象进行了研究,分析了微结构特征对黄土震陷性的影响,以此阐明震害形成的机理。     

饱和黄土液化的孔隙微结构特征

通过对黄土中各类孔隙含量的定量测试及数理分析，介绍了黄土孔隙微结构的计算机图像处理分析方法，并从孔隙微结构的角度研究了饱和黄土液化机理。在此基础上，建立了孔隙微结构特征与黄土液化势的定量关系，从孔隙微结构角度对中国不同地区黄土液化势进行了评价。     

基于Matlab和IPP的黄土孔隙微观结构研究

黄土的孔隙结构是区别于其他土类的重要特点之一,黄土的湿陷、震陷等宏观力学表现与其孔隙结构密切相关。本文开发了利用Matlab和IPP(Image-Pro Plus)软件相结合的方法对黄土微结构图像进行处理,提出了一种基于灰度计算土的三维孔隙率方法,并对青海西宁、甘肃永登、甘肃兰州、宁夏西吉和山西芮城五处场地的原状黄土微观结构进行了定性与定量分析。结果表明:不同地区的Q3黄土微结构往往与地域、深度以及气候条件密切相关。在定性方面,六盘山附近及以东的地区降雨量较为丰富,颗粒以集粒和凝块为主;而六盘山以西的地区气候较为干旱,颗粒之间接触面较小,易形成架空孔隙。在定量方面,在空间上自西北向东南,黄土大孔隙含量增加;在深度上自上至下,黄土颗粒相互靠拢,粒间距离减小,大孔隙含量减小;随着深度的增加,地应力逐渐增大,黄土颗粒和孔隙受到挤压发生转动和变形,中孔隙和大孔隙的椭圆率变小,其中大孔隙变化显著;土体发生重塑,孔隙排列变得有序,孔隙大小以及孔隙面积在各个区域分布相对均匀,分维数和概率熵减小,玫瑰图曲线变得圆滑。     

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。     

我国黄土的微结构类型与震陷区域划分

对比我国中西部成土年代相近的浅层风成黄土（不考虑地形地貌）,针对不同成土环境下微观结构及其震陷性大小,初步将中西部黄土的微结构类型划分为五类：Ⅰ,近砂源快速降砂微结构;Ⅱ,强降尘弱成壤微结构;Ⅲ,冷干慢速降尘弱成壤微结构;Ⅳ,中湿成壤微结构;Ⅵ,温湿成壤微结构.微结构类型对于震陷性等工程性质分析有借鉴作用,具体体现在颗粒大小、粒径分布、排列方式,颗粒之间的胶结程度、接触方式等.通过分析黄土地区气候变化引起的地域性微观结构类型差异,区域性微观结构的气候形成机制来研究黄土的致灾特征,进一步获得黄土地区土层微结构的地域性差别导致的震陷变形强弱信息.这对于黄土建筑工程场地的设计以及提出针对性的防护措施有重要意义.     

强震作用下抗震陷黄土改良地基的微观特征分析

基于动三轴试验和SEM细观结构测试试验,结合图像分析处理软件,对强震荷载前后宝兰客运专线沿线典型震陷性黄土及其经物理、化学和复合改良方法处理后的试样进行微观尺度的结构变形演化规律研究,探讨不同改良方法对土体微结构的影响及其与震陷系数之间的内在联系。结果表明:(1)物理改良方法对于消除大孔隙和架空孔隙结构的效果最为明显,同时对颗粒级配和结构也有调整;(2)化学改性方法则从颗粒接触方式、粒间胶结程度等方面影响土体强度,且不同化学反应的参与可生成独特的玻璃微珠或絮凝状细结构,从而大大提升土体某项参数指标,进而在强震中分别起到填充、胶结或缓冲作用;(3)强震作用前后不同改良方法对各微观要素的改变与相应的残余应变现象吻合较好,说明微结构能有效反映改良黄土残余变形的强弱。     

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.     

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。     

A field testing study on negative skin friction along piles induced by seismic subsidence of loess

At present piles foundation is widely used in the earthquake-prone loess area of China. Unfortunately, negative skin friction (NSF) along piles induced by an abrupt settlement of loess under strong earthquakes, so called seismic subsidence, has not been taken into account in design of piles foundation due to the lack of NSF data from field test. In order to investigate NSF along piles caused by seismic subsidence of loess and develop a method to estimate this earthquake-induced NSF, the authors perform a field test at a loess site by means of a series of explosions, i.e. a short delay blasting, in which two reinforced concrete piles was grouted. The expected ground motion generated by the short delay blasting is strong enough to induce an obvious seismic subsidence in the loess site. There are 40 stress gages to be averagely disposed into the two piles with a certain interval to collect the data of NSF during this field test. Meanwhile, ground motion and seismic subsidence of loess were, respectively, observed by accelerographes and a level gauge. The obtained data particularly disclose the developing characteristics and magnitude of loess seismic subsidence and NSF at the condition of strong ground motion. The loess seismic subsidence and NSF both have a rapid development in the explosion process and then keep a slower increase for some days after the blasting. At the end of observation, the maximum seismic subsidence of loess in the field reaches 33 mm; the average NSF along piles attains to 54 kPa, which is much greater than previous cases of NSF caused by collapse of loess. This field test shows the NSF along piles induced by seismic subsidence of loess is significant and should not be ignored in design of piles foundation in seismic loess regions.     

黄土震陷灾害典型震例的综合研究

阐述了1995年甘肃永登5.8级地震时造成的黄土震陷灾害形成条件、震害形态特征、黄土的基本性质及湿陷性和静、动土力学参数与震陷灾害的成因关系。并用震陷量预测计算方法和三维有限元数值模拟方法检验了黄土震陷灾害预测的理论、方法并解释了永登5.8 级地震黄土震陷现象。     

基于几个黄土物性参数的震陷判定研究

依据试验数据,研究了含水量、孔隙比和埋藏深度对黄土震陷性的影响规律,结果显示,黄土震陷临界含水量随着动应力的增加而减小,浅层黄土较深层黄土水敏性更强,在50~80kPa之间,临界含水量有一个急剧下降的特征;在典型黄土地区,黄土的孔隙比小于一定数值(宝鸡地区0.73、兰州地区0.86)时,震陷不会发生;在天然含水量情况下,黄土震陷深度曲线随动应力的增加经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷深度的发展过程。     

黄土地区城市的震陷灾害

本文根据黄土场地具有震陷性的研究结果提出了目前还未被人们引起注意的特殊灾害,即在地震作用下黄土场地上的城市将产生严重的地基失效事件。由于震陷的突然发生和它普遍带有不均匀性,将导致一般工业与民用建筑在振动和地基残余变形的共同影响下加重震害。常见的震害现象是建筑物开裂、倾斜和倒塌。本文以兰州为例,说明了黄土引起的震害将是一种不可低估的严重灾害,应引起工程界和城市建设部门的重视,研究黄土震陷对建筑物的影响,采取相应的防御措施,以减轻或避免震陷灾害带来的损失。     

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     

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。     

甘肃永登湿陷性新近堆积黄土的微观结构分析

甘肃永登县树屏村某工程场地土为第四纪新近堆积黄土,其工程性质较为特殊,具有较大的湿陷性,但在天然湿度下震陷性却很小。本文利用扫描显微镜对其微结构图象进行分析,同时结合土工试验结果,揭示了导致其特殊工程性质的微观机理。最后提出了在工程施工中应注意的问题。