黄土动力特性的进一步研究

本文通过实验及对资料的深入分析,进一步研究了西北地区黄土的动力特性。结果表明,典型黄土(如Q_3和新近堆积的Q_4黄土)具有比较特殊的地震工程性质——震陷性,振动开始时震陷量较大;在地震作用下湿型黄土的强度降低,有的甚至会发生液化。     

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。     

黄土场地震动液化实例

湿度大的黄土在地震作用下会发生液化和震陷,已在室内动力试验和古地震的调查中得到了证实。目前工程规范对黄土的液化预测判别尚缺乏经验,暂未列入规范。本文介绍了一些黄土地基处理施工的实例,证明饱和黄土在受到机械振动或冲击作用的影响后,会产生液化使所处理的地基下沉,对开展黄土液化机理、液化判别与危害评价方法及工程预防措施的研究具有现实意义。     

黄土的湿陷和震陷

黄土的湿陷性和震陷性分别是黄土在遇水和地震作用下产生的岩土灾害。黄土湿陷性评价及防治已经相对成熟。有些专家试图联系二者,以便解决黄土震陷性的工程评价和处理。本研究中,作者分析了黄土湿陷性与震陷性之间的联系与差异。研究认为,二者的产生都基于黄土的亚稳态结构,都是黄土架空结构破坏所引起,但其触发机制却是不同的。湿陷性产生的主要原因是吸力丧失,而震陷性主要由黄土在动荷载作用下的土体剪切破坏所导致。因此,关于二者之间的联系还不存在坚实的物理基础。     

重复循环荷载作用下原状黄土动力特性试验研究

为探究重复循环荷载作用下含水率、固结压力对原状黄土动力特性、变形性状的影响规律,利用英国GDS双向动态三轴试验系统模拟交通荷载,对海东地区原状黄土进行动三轴试验研究。试验结果表明：单一重复循环动荷载作用下,在加载初期,海东地区原状黄土的轴向动应变随着循环次数的增大急剧增加,后期缓慢增加至趋于稳定,即发生应变硬化现象。在加载初期,含水率、固结压力对原状黄土的轴向动应变无明显影响,当循环次数N>400时,原状黄土的轴向动应变随含水率的升高而增加,随固结压力的增大而减小。动剪切模量随循环次数的增加出现先减小后增加再减小的变化,随含水率的升高有较大幅度的降低。动阻尼比随循环次数的增加先增加后减小,随含水率的升高而增大。表明海东地区原状黄土所具有的大孔隙架空结构使其在重复循环荷载作用下易发生振动变形。     

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5.8级地震中黄土震陷灾害的探讨

在1995年兰州永登发生的5.8级地震中,震区产生了严重的黄土震陷灾害。为了研究震区黄土震陷灾害的成因,对震区黄土进行了土工试验和土动力学试验,探讨了该区黄土的基本物理力学指标和土动力特性参数与黄土易损性的关系,分析了易损性与震区黄土震陷灾害的关系。经过多指标综合分析研究发现,震区黄土的易损性大,震陷性强。利用黄土震陷试验分析计算预测方法对震区黄土场地的震陷量进行预测研究,所得结果与实际地震的震陷量符合较好。     

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     

汶川地震后甘肃临夏北塬黄土场地大面积沉陷研究

北塬是位于甘肃省临夏县东北部的黄土塬,塬上分布为典型的马兰黄土。2008年汶川地震以后该地区陆续发生了较大规模的黄土湿陷灾害,并造成相当的经济损失。通过对北塬湿陷性黄土的野外调查和室内试验,研究了黄土湿陷的原因和机理。结果表明,该地区黄土产生大面积沉陷的主要原因是汶川地震中产生的深大裂缝与底部黄土垂直节理贯通形成渗水通道,水在底部不透水层聚集,土体由下至上产生湿陷,从而导致地基沉降。结合经济可行性和当地实际,针对类似原因引起的黄土湿陷问题提出了防治措施。     

试样厚度对室内测定黄土湿陷性指标的影响

湿陷性是黄土的特殊工程性质,为研究试样厚度对室内测定黄土湿陷性指标的影响,对西安某地深1~20 m内不同深度采取的黄土,利用常规高压固结仪及改造的固结仪,进行了厚度分别为2 cm与8 cm试样的湿陷试验。对比分析各深度土层2 cm试样和8 cm试样的室内湿陷试验的结果,表明：土层湿陷性较弱或压力较小时,不同厚度试样所得的湿陷系数相差不大;土层湿陷性较强时,随着压力的增大,两者的差异越来越大,同一压力下8 cm试样所得的湿陷系数大于2 cm试样所得的值。黄土的湿陷性越强,试样厚度对试验所得湿陷性指标（湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力）的影响越大,此结论为室内湿陷试验适当调整试样厚度提供了依据。     

循环荷载对饱和黄土动剪模量的影响研究

利用装有压电陶瓷弯曲元的双向振动三轴仪对饱和黄土进行了循环荷载试验,并根据静力固结条件下黄土的动剪模量发展规律建立了基于哈定方程的拟合曲线;将循环荷载作用下的动剪模量与静力固结下的动剪模量进行了对比研究,并根据轴向应变的发展规律,确定了以上2种条件下动剪模量产生差异的原因：试样结构性破坏,土颗粒重排列,土体具有很高的敏感性。对于振动过程中的暂停对试验的影响进行了研究,认为由于暂停时间很短,可以忽略这种影响。在振动结束后,对试样在原压力下重新进行固结,结果表明,固结完成后,试样的动剪模量增大,且增大幅度随着密度的增加而变小。     

高速列车振动荷载下水泥改良黄土动力学试验

结合大同-西安高速铁路建设,选取该线路数个不同地貌单元的典型黄土路段采集试验样品,在GDS高级动态三轴测试系统上进行了水泥改良黄土的动力特性室内试验研究.采用正交试验法以优化试验方案.动荷载按照不同黄土层的埋深深度以火车振动衰减规律求取,土样按照不同水泥掺量经击实获得,经过长时间、多振次的动力学试验后获得水泥改良黄土的动弹模、动阻尼以及振陷量;进而探讨土层埋深、水泥掺和比、压实系数、浸水条件和振动次数对土样动力特性参数影响的主次顺序及显著性程度,找出工程最优化方案.结果表明:影响水泥改良黄土振陷量的各因素的主次顺序为:水泥比＞浸水条件＞振动次数＞深度＞压实系数,水泥比和浸水条件影响显著,其它因素无显著影响;动弹性模量影响因素主次顺序;深度＞浸水条件＞水泥比＞振动次数＞压实系数,深度和浸水条件影响高度显著;阻尼比影响因素主次顺序:浸水条件＞水泥比＞振动次数＞压实系数＞深度,水泥比和浸水条件影响高度显著.随着水泥比的增加水泥改良黄土动力特性越好,不存在最优水泥配合比.     

黄土动力特性参数的相关性分析

阐述了黄土的动强度与液化、震陷性与动变形、动应力与动应变关系等基本动力学特性及其影响因素。基于黄土地区部分黄土动力学性质的试验结果,运用最小二乘法原理进行了相关性分析,揭示了黄土的动力学参数指标(骨干曲线初始切线模量,骨干曲线渐进线截距,最大动阻尼比)和湿陷性指标(湿陷系数)与黄土的物性指标(塑性指数、孔隙比、含水量)和固结围压之间的相关关系,建立了黄土动力学参数与物理力学指标之间线性关系的系数,为黄土工程的动力反应与稳定性分析提供了研究基础。     

非饱和黄土震陷物理力学机制与主导影响因素

通过分析黄土震陷的物理过程及其力学机制,指出非饱和黄土震陷实质上是土体广义固相介质响应外部动荷载作用的再固结过程。将影响黄土震陷的主导因素归纳为两方面,即土体广义固相介质的强度、体积特征和外部动荷载特征。介质的强度特征可通过引入土工试验获取的参数(粘聚力和内摩擦角)来宏观表征;体积特征可由能够反映土体欠压密程度的孔隙比描述。与非饱和黄土震陷的宏观物理力学机制相适应,粘聚力与内摩擦角主要反映土体的结构性强度(黄土强度特征),孔隙比则反映了土体再固结的潜在性态(黄土沉降量值特征);黄土强度特征对应土体抵御外部载荷的能力,黄土沉降量值特征对应外部载荷作用下的土体沉降能力。     

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。     

饱和黄土液化标准的试验研究

根据饱和黄土在动荷载振动作用下的试验结果提出了以黄土的3%应变为主要考虑因素的液化破坏标准。试验表明:在固结不排水的动三轴试验中,黄土结构连接强度随循环次数的增加而逐渐丧失,体积收缩,在不排水条件下转化为孔隙水压力的上升和有效应力的下降,最终可能出现初始液化和循环活动性现象。3%轴应变一定出现在初始液化前;3%轴应变后应变大幅增加,孔压有可能达到初始有效固结围压,也有可能在初始液化前破坏。3%轴变形是黄土稳定变形和大幅变形的临界点。     

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。     

振动频率对原状黄土动本构关系的影响

对原状黄土（ Ｑ４） 施加４ 种频率的等幅正弦波荷载进行动三轴试验,研究振动频率对原状黄土动本构关系的影响．结果表明,对应于４ 种频率的原状黄土的动本构关系均服从双曲线模型,但试验常数ａ 、ｂ 均随振动频率的增大而略有减小．讨论了试验常数、动弹性模量和阻尼比等随振动频率的变化规律     

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.