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。     

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。     

南京饱和细砂液化后大变形条件下动剪切模量衰减特征研究

针对南京饱和细砂液化后特大变形条件下(双幅剪应变接近100%)应力-应变关系特征,分析了有效围压和初始静剪应力比等因素对南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线的影响规律,即在液化后多次循环加载条件下零有效应力阶段、剪胀阶段和反向卸载阶段的剪切模量随单向流动累积变形的衰减特征。结果表明:有效围压、初始静剪应力和循环加载幅值对南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线在零有效应力阶段和剪胀阶段的剪切模量大小及其衰减特征的影响不明显,而对反向卸载阶段的剪切模量大小和衰减特征的影响相对较大。随着有效围压和加载幅值分别增大,南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线反向卸载阶段剪切模量都有明显增大的趋势,同时其剪切模量随后续循环加载次数的衰减速度也变快。但随着初始剪应力的增大,该阶段剪切模量随后续循环加载次数的衰减速度有减慢的趋势。同时,基于试验结果,给出了南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线在不同阶段的剪切模量与单向流动累积变形有关的衰减函数及其拟合参数确定方法。     

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。     

循环加载方向角对饱和粉土不排水动力特性的影响

利用GDS空心圆柱仪进行了一系列主应力方向角?d变化的轴向、扭转、内压和外压四向耦合不排水循环剪切试验。在均等固结条件下,着重研究了循环加载方向角?d0对饱和粉土动力特性的影响。试验结果表明：饱和粉土的双规准化孔压发展模式与?d0无关,但受循环应力比CSR的影响;广义剪应变的发展模式不受?d0的影响。在循环剪切过程中,循环加载方向的变化对粉土的不排水动强度有显著影响,饱和粉土的动强度CRR随着?d0的增大呈现出先减小后增大的变化趋势,且当?d0=45°时CRR最小。同时,建立了反映?d0与CSR影响的孔压、变形的模型,并给出了相应的动强度表达式。     

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。     

初始静剪应力对粗粒土与结构接触面循环力学特性的影响

运用80 t大型三维接触面试验机,对初始静剪应力存在时粗粒土与结构接触面循环力学特性及初始静剪应力大小的影响进行了研究。循环剪切时,接触面沿初始静剪应力方向产生了明显的切向位移,且该位移与正交切向的剪切路程基本呈直线关系,该直线与初始静剪应力的夹角和初始静剪应力水平关系可用二次多项式描述。初始静剪应力大小对接触面抗剪强度、正交切向应力-应变关系形式影响较小,主要影响正交切向应力峰值、接触面剪切体变数值及剪切体变与切向位移关系等。初始静剪应力越大,该方向产生的切向位移越大,其正交切向应力峰值越小,该应力峰值对应的切向位移亦越小,接触面剪切硬化程度越高;初始剪切时接触面剪胀量越大,而后期循环剪切时剪缩量和剪胀量则越小。     

随机地震荷载作用下饱和粉土的液化特性

为了考虑随机地震荷载作用下饱和粉土的液化特性，研究了如何通过合理的地震响应分析确定饱和粉土层受到的随机地震荷载，进一步探讨了随机地震荷载作用下的动三轴试验技术，以及利用此种试验分析饱和粉土液化特性的方法。研究结果为形成判别饱和粉土层地震液化可能性的新方法提供了依据。     

上海粉土液化特性及孔压模型的试验研究

根据循环三轴试验,分析了上海原状及重塑粉土的液化特性,提出了原状粉土的孔压上升模型,并与细砂的液化特性和孔模型进行了对比。     

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。     

交通荷载引起的静偏应力对饱和软粘土变形影响

为了研究交通荷载引起的静偏应力对饱和软粘土变形的影响,设计了室内不排水动三轴试验,将交通荷载简化为静偏应力与正弦荷载的叠加,依据实验数据分析了土体的塑性变形发展规律,给出了不同静偏应力下土体的转折应变-破坏振次的半对数关系曲线,研究了静偏应力对该曲线的影响规律。研究表明,静偏应力越大,土体变形发展越快,相同条件下达到转折应变时所需的破坏振次越小;静偏应力越大,转折应变-破坏振次关系曲线的斜率越小,截距则比较接近。     

主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土单调剪切特性的影响

利用“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对初始成样含水率分别为0、5%、10%,夯击法制备的饱和重塑粉土试样,在初始主应力方向角分别为0o、30o、45o的条件下进行非均等固结,然后保持平均主应力100 kPa、中主应力系数0.5、各主应力方向角以及加载速率恒定进行了应力控制式不排水单调剪切试验。着重探讨了主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土应力-应变关系、孔隙水压力变化及有效应力路径等的影响。试验结果表明：主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土的变形及强度特性具有显著影响。初始成样含水率影响应力-应变关系,对剪切强度影响不太显著,但破坏标准的选择对试验结果影响明显,干装样的孔压值低于湿装样;各种初始成样含水率的归一化剪切强度均随着主应力方向的增加而逐渐降低,而归一化孔压最大值则呈现增大的趋势     

Effects of initial static shear on cyclic resistance and pore pressure generation of saturated sand

In practical engineering, cyclic shear stresses induced by earthquakes, traffic, and waves are superimposed on the initial static shear stress in sand fills or deposits, leading to complex responses of soils such as their deformation characteristics, pore pressure generation, and susceptibility (or cyclic resistance) to liquefaction. To experimentally investigate the undrained cyclic response of saturated sand, a series of triaxial tests were performed, covering a broad range of initial static and cyclic deviatoric stress levels. The results indicate that different stress conditions lead to two types of cyclic behavior: cyclic mobility and residual deformation accumulation. The compressional static stress is beneficial to the cyclic resistance of the dense sand, whereas the extensional static stress is regarded as detrimental as it tended to reduce the cyclic strength. Moreover, by comparing the available test data obtained from the same sand with varying initial densities and confining pressures, the static shear effect on cyclic resistance was found to be dependent on the state of the sand. Compared to the interpretation made using the limiting pore pressure-based criterion, the conventional failure criterion using a cyclic axial strain of 5% may lead to a substantial overestimation of the cyclic resistance, thus resulting in unsafe assessment and design. Hence, by employing the pore pressure criterion, the pore pressure generated in the cyclic tests was investigated and was found to be significantly influenced by the static shear stress. A pore pressure generation model is proposed to obtain the pore pressure characteristics of sand under various static shear stress conditions.     

饱和黄土的静态液化特性试验研究

利用GDS三轴测试系统,对原状黄土进行了等压/偏压固结不排水剪（ICU/ACU）、常剪应力排水剪（CQD）试验。ICU和ACU试验表明：土体的应力-应变模式为强烈应变软化型,得到了其稳态线和潜在不稳定区,提出液化发生的必要条件就是土体状态位于或被带到潜在不稳定区域内。CQD试验表明,土体破坏的启动摩擦角远小于稳态摩擦角。当其应力路径试图穿越不稳定区时发生不完全排水剪缩破坏,具有突发性,检验了提出的不稳定区域的有效性。基于潜在不稳定区域的位置和斜坡土体的应力状态,提出了饱和黄土静态液化分析方法。     

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。     

饱和土体静态液化失稳理论预测

通过在屈服准则和剪胀性方程中引入材料状态参数,建立了一个与材料状态相关的本构模型,用于模拟不同初始孔隙比和围压下土体的应力-应变关系。基于二阶功理论,建立了饱和土体静态液化失稳理论判别准则。通过预测一系列饱和松砂三轴不排水试验结果,验证了所建立的本构模型及判别预测准则的合理性。分析结果表明,静态液化发生于土体硬化阶段,静态液化触发伴随着剪应力达到峰值,其后剪应力降低且孔隙水压力持续增长。进一步地,模拟了充分降解的城市固体废弃物在不排水条件下的应力-应变特性,并预测到了潜在失稳线及静态液化触发点。     

复杂应力条件下饱和砂土单调剪切特性的试验研究

利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪,针对相对密度为30 %的福建标准砂,进行了复杂初始固结条件下应力路径变化的应力控制式单调排水与不排水剪切试验。控制试验过程的平均主应力保持不变,变化中主应力系数和主应力方向,分别探讨在不同排水条件下中主应力系数和主应力方向对饱和砂土剪切特性的影响。通过对比表明：与排水条件无关,中主应力系数对归一化的应力-应变关系具有影响,但对体变或孔压的影响并不明显。初始条件相同,偏应力比随中主应力系数的增大而降低。主应力方向的影响同样显著,排水试验的主应力方向角不同时应力-应变关系所表现出的变化规律取决于水平面与竖直面上受到的剪应力作用。不排水试验的峰值有效偏应力比随着主应力方向角的增大而减小。     

Instability and liquefaction flow slide of granular soils: the role of initial shear stress

Acta Geotechnica - Loose granular soil, when subjected to shearing, may collapse rapidly to large strains with a very low residual strength. This flow-type failure, known as flow slide or flow...