京沪高速铁路饱和粉土液化特性试验研究

饱和粉土地基在动荷载作用下的液化问题是高速铁路抗震设计中重要的研究内容。为了能够定量地分析京沪高速铁路饱和粉土地基在加固前后的抗液化强度和地震时的变形特性,在室内对加固前后两种不同密度的饱和粉土进行了3组围压条件下一系列振动三轴液化试验。试验研究获得了两种不同密度饱和粉土的抗液化强度曲线、动强度及超静孔隙水压力的增长规律,为进一步分析饱和粉土地基在加固前后的液化变形特性提供了科学数据。     

高灵敏土中CFG桩复合地基剪切液化问题探讨

应用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺处理高灵敏度土时,常常造成桩周饱和土层剪切液化,引发串孔、缩径、断桩、地面沉降等不良工程事故。通过对郑州地区高灵敏度土的动力特性试验,分析了剪切液化诱发上述问题的作用机理,探讨了剪切液化的影响范围及其防治措施。     

饱和粉土中相变能源桩热力响应模型试验研究

长期非稳态的桩土热交换使得桩周土温度不断上升,产生热堆积效应,影响桩土换热效率,甚至也可使能源桩系统失效。为此,利用复合相变材料制备了相变混凝土能源桩,并在饱和粉土中开展了相变桩和普通桩热力响应模型试验,对比研究了相变桩的桩周温度分布、桩身应力−应变、桩顶位移和桩身换热效率的变化规律。结果表明：相变桩土热交换方向以径向交换为主,影响区域在2D范围以内,土体温度变化表现出滞后效应;相变桩的桩土温度变化幅度小于普通桩,具有缓解桩周土体热堆积效应的作用;在温度循环过程中,相变桩体累积了不可恢复的塑性应变。经过多次温度循环后,相变桩比普通桩的塑性累积位移更小;在夏季工况相变桩换热功率比普通桩增长约20%,冬季工况两者换热功率基本一致,随着运行时间增加,两者换热效率趋同。     

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。     

饱和砂土地基上抗滑桩加固边坡的动力离心模型试验研究

动力离心模型试验是研究可液化地基上抗滑桩加固边坡地震动力响应的有效手段之一。使用铜质抗滑模型桩,采用黏度为50 cs的甲基硅油做为孔隙流体,通过抽真空法制作了饱和地基上的加固边坡模型。进行动力离心模型试验,研究了地震作用下饱和砂土地基中动孔压、边坡变形与土体加速度和抗滑桩弯矩的响应特征。试验结果表明,地震作用导致的动力附加弯矩相当于震前静力弯矩的87 %,说明地震作用与地基液化导致的附加弯矩不容忽视,该结论可为边坡进行抗震设计与稳定分析提供有意义的参考。     

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。     

岩溶区CFG桩复合地基的桩土作用研究

水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。本文以某小区地基处理工程为例,采用数值模拟方法,从桩-桩间土、桩-桩端、桩-桩长、桩-桩身弹性模量等的沉降关系及复合地基-置换率、褥垫层―桩土应力的关系几个方面对CFG桩的桩土作用进行研究。结果表明,桩沉降量随着桩间土模量、桩端模量、桩身弹性模量、桩长、置换率等的增加沉降量减少。褥垫层越薄,桩顶应力越大,桩间土应力越小,垫层越厚,桩顶应力越小,但垫层厚度超过一定的临界值后,对桩土间应力就不会产生较大影响。得出CFG桩复合地基的适用性,为同类工程技术施工提供参考。     

饱和粉土静态液化性能试验研究

通过固结不排水三轴压缩试验,分析了围压、固结比和干密度等因素对饱和粉土静态液化特性的影响。试验结果表明,在干密度较小时,饱和粉土的偏应力-应变曲线呈现明显的硬变软化型,随轴向应变增大超静孔隙水压力增加、有效应力减小而发生静态液化,当干密度达到1.58 g· cm-3时,饱和粉土的偏应力-应变曲线表现出硬变硬化现象,超静孔隙水压力为负值或接近0,饱和粉土不再发生静态液化,即饱和粉土存在静态液化的干密度临界值;其他条件不变,随着围压、固结比或干密度的增大,偏应力峰值和残余强度均增大,静态液化势降低;根据有效应力路径建立了流滑面以作为饱和粉土稳定区与非稳定区的分界面。     

CFG桩复合地基试验研究

CFG桩复合地基广泛应用于土木工程各个领域,但就CFG桩复合地基的工作性态及桩-土共同作用机制尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对CFG桩复合地基在川北某高层建筑中现场测试项目的资料分析,得出了CFG桩的桩-土应力分担的变化规律,对褥垫层上下的应力状态有了更为清晰的了解。测试荷载是实际的结构荷载,测试环境是实际的基础环境,测试结果更具实用性。测试结果显示,随着外加荷载的增加,桩-土应力比比例增加。当施工荷载为210 kPa时,桩-土应力比可达16。随着施工荷载的增加,桩体所分担的荷载增加较快,桩间土体分担荷载增加较慢。     

桂林市混合土层CFG桩地基加固处理设计与施工技术研究

本文根据桂林市混合土的工程特性,主要阐述了桂林市混合土层CFG桩地基加固机理、设计计算、施工以及处理技术的应用设计,并介绍了在施工方面的工艺流程及应该注意的问题。对桂林市岩溶区混合土层的地基加固处理,CFG桩是一种较为理想的地基处理技术。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

饱和粉土振动液化分析

液化是造成场地地震破坏的首要原因之一。自Casagrande的经典工作以来,对地震液化的研究已经取得了很大的进展。然而这些研究大多是针对于砂土而进行的,对于粉土液化研究的相对较少,且粉土的液化特性也有别于砂土。因此,在已有研究的基础之上利用粉土液化试验得出的结果,分析了粉土液化的机理、影响因素以及在振动过程中粉土中孔隙水压力的增长规律,认为粉土中的粘粒含量、密实度以及土的结构性对其抗液化能力有较大的影响。考虑到试验中振动次数的离散性,引入了时间参数的概念,根据动三轴试验结果提出了孔隙水压力增长的经验公式,可以比较方便地应用于计算液化的有限元程序中去。     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究

采用大型振动台进行液化场地桩基桥梁震害响应模型试验,很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的各种宏观现象。0.15gEl Centro波输入下,上部砂层局部液化,桩-柱墩加速度主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。0.5gEl Centro波输入下,整个砂层全部液化,桩被折断且加速度也主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。砂层液化与否,对桩-柱墩动力反应影响很大。     

水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础动力响应试验研究

为研究水平和竖向(双向)耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应,设计了可液化地基-群桩基础-框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励,通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果,进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明:双向耦合地震作用下,液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大;饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关;相比水平地震作用,不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大,桩顶应变峰值变化略有不同;双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应和破坏模式大型振动台试验研究

5•12汶川大地震触发了大量的顺层岩质滑坡,对其进行研究很有必要。根据动力模型试验的相似关系,设计制作了1个坡角大于岩层倾角的尺寸(高×长×宽)为1.6 m×1.75 m×0.8 m的顺层模型边坡,并完成了大型振动台试验。试验结果表明,在坡体表面和内部竖直方向上,加速度放大系数随着坡体高程增加而增大,并且随着高程增加,加速度放大系数增大的速度加快;在坡体内同一高程上,坡面处的加速度放大系数大于一定水平深度坡体内部的加速度放大系数,表现出趋表效应;地震波输入频率对坡体动力响应有明显影响,随着频率的增加,越接近坡体的自振频率,加速度放大效应越显著;加速度放大系数随着输入波振幅的增加,总体上表现为递减趋势;通过和均质边坡振动台试验加速度监测数据对比,发现坡体结构对坡体加速度放大系数也有一定的影响,结构面对地震波的反射和折射作用加大了坡体加速度的放大效应。,对试验过程中坡体破坏特征的描述和分析发现,边坡的破坏模式为地震诱发－坡肩拉裂张开－坡面中部出现裂缝－裂缝贯通－发生高位滑坡－转化为碎屑流－堆积坡脚。研究成果对地震灾区滑坡形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究

强震中场地砂土液化产生的土层侧移对地面建筑结构和地下生命线工程造成了严重的破坏。可以预见,微倾斜液化场地的土层侧移也将对地铁地下结构的地震安全造成严重的威胁。鉴于此,开展了微倾斜（倾角为6o）可液化场地中两层三跨地铁地下车站结构与区间隧道连接部位地震反应的大型振动台模型试验研究。结果表明：微倾斜可液化场地中地铁车站结构两侧地基出现了明显的非对称液化分布特征,坡体下方水平土层比上方水平土层更易液化;因坡体内土体液化沿坡向下流滑引起了下方水平土层发生了明显的地面抬升,总体上坡体段内的地面侧移量最大,下方水平土层地面侧移量次之,坡体上方水平土层地面侧移量最小。同时,在试验过程中也发现,隧道和车站结构之间发生了明显的差异上浮,可能会造成连接部位附近结构的应力集中或加重该部位的地震破坏。     

动力排水固结法加固软土路基的模型试验研究

软土中孔隙水压力长消规律是研究动力排水固结法加固机制及控制施工效果的关键因素。针对这一问题,设计了动力排水固结法加固软土路基的模型试验装置并进行了试验。试验模拟某高速公路现场条件,按不同锤重、不同落距、不同锤底面积等工况分别进行。重点研究了动力排水固结法加固软土路基时,夯击击数、夯击能、夯锤重量及落距等参数在不同组合情况下土体不同深度处孔隙水压力的长消规律。研究表明,夯击能相同的情况下增加夯击次数将导致孔隙水压力消散减慢,但保持夯击能不变的情况下增加锤重比增加落距的加固效果好;高夯击能能使孔隙水压力有较大增幅,相应的加固范围也会增大。为了促使孔隙水压力消散,施工时宜采取多遍夯击,逐遍增加夯击能的施工方法     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

考虑动本构关系相似的模型土设计及相似判定体系研究

模型土的设计是土与结构相互作用（SSI）振动台试验的重要组成部分。对当前振动台试验模型土的设计方法进行简要介绍,分析当前设计方法的不足。基于土体动应力-动应变关系的骨干曲线方程推导出控制原型土与模型土动力特性相似关系的指标,提出利用土体的剪切模量比 随剪应变 的变化关系曲线和参考应变 的相似比作为模型土设计的控制因素。开展模型土的动三轴试验,得到了模型土 - 关系曲线和 值,对模型土与原型土 - 关系和 值相似性进行了比较,并建议将曲线相关系数、曲线不均匀系数和曲线的曲率系数作为原型土和模型土 - 曲线相似度高低的评价指标。研究结论对于振动台试验中模型土的设计具有指导意义。