黄土及一般含细粒土体液化判别方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题,现场黄土含水量较低,剪切波速较高,而实验室对其饱和,饱和过程对其土体结构影响还不确定,又由于固结比对土体刚度的影响仍然没有定论,这就导致室内黄土动三轴液化试验结果与现场力学指标一直无法建立联系。另一方面,黄土从颗粒组成来说,属于细粒土范畴,细粒土液化判别方法应可为黄土液化判别提供参照,但由于实验室配制试样相对密度、土体骨架强度及细颗粒赋存形式很难控制,导致细颗粒对土体液化势影响研究饱含争议与矛盾。本文紧密结合工程和科研工作需求,设计了一系列原状黄土在均等固结与偏压固结下的动三轴弯曲元试验,以及原状黄土在动三轴内饱和过程及饱和后的剪切波速试验,并且对一个饱和黄土场地进行了现场原位测试,回顾了现有标贯液化判别方法,对含细粒土体液化判别指标进行了系统研究,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土液化判别式,最后对CPT液化判别方法的可靠性进行了数据检验。具体工作和成果包括:(1)采用动三轴弯曲元试验系统,对兰州市多个场地原状黄土进行了均等固结与偏压固结下剪切波速测试,证实了相关固结比对土体刚度影响的试验研究结果,进一步对比均等固结与偏压固结下试样轴向变形,分析了固结比对土体刚度影响的机理。(2)采用动三轴弯曲元试验系统,首先对原状黄土饱和过程进行了剪切波速跟踪测试,并进一步对比饱和黄土与原状黄土在同一逐级加压的过程中剪切波速与轴向变形测试值,最后通过与现场饱和黄土场地水位上下黄土层实测标贯击数、剪切波速对比,分析了原状黄土遇水及饱和后的软化特征。(3)通过对比唐山、海城地震两个液化地区粉土与砂土的剪切波速与标贯击数统计关系,发现对于剪切波速相同的饱和粉土和砂土,由于粉土的触变性,粉土标贯击数显著小于砂土。结合NCEER推荐的基于SPT与VS的液化判别方法,建立了3个细粒含量下临界剪切波速与临界标贯击数的相关关系,证实了含细粒土体的触变性。(4)回顾了目前国内外有关含细粒土液化研究现状,结合1975年海城地震,1976年唐山地震,1999年土耳其Kocaeli地震和台湾集集地震液化与非液化土数据分析,详细对比了现有液化判别式和初判条件的优劣,改进了细粒土液化初判准则以及含细粒砂性土标贯液化判别式。(5)回顾了NCEER推荐的Robertson的CPT液化判别方法和Olsen的CPT液化判别方法,通过对1999年台湾集集地震液化与非液化土数据分析,并将判别结果与SPT方法判别结果进行比较,指出了CPT液化判别方法还没有达到SPT方法的准确性,但是CPT的土分类图却是其最大的优势所在。     

反应分析法在黄土液化势评价中的应用

反应分析法是一种基于动三轴试验,并考虑场地地震危险性一种综合性饱和土体液化评价方法。本文对固原石碑塬黄土进行了动三轴液化试验,利用反应分析法对该场地饱和黄土液化势进行评价,并和海原地震中固原石碑塬黄土的实际液化情况对比。研究结果表明利用反应分析法对饱和黄土进行液化势评价的结果与实际震害相符,可在黄土地区建设工程场地地震液化势评价中广泛应用。     

兰州某黄土场地液化势评价及地基处理措施

尝试应用了室内研究——反应分析的液化可能性估计方法与地震剪应力时程相结合的综合评价方法对处于黄河Ⅳ级阶地的兰州东岗某工程场地的饱和黄土液化势进行了评价。研究结果表明,该场地饱和黄土在超越概率为50年63%、10%和5%地震作用下均会产生完全液化;同时,根据对夯实后重塑黄土的液化势评价结果,我们提出可用夯实法对地基进行抗液化处理;强夯至干密度dρ≥1.6g/cm时,上述地震作用下该场地饱和黄土仅产生轻微或中等液化,地基抗液化处理效果明显。     

黄土室内液化试验饱和方法的研究现状及前景展望

黄土液化是黄土地区的三大典型震害之一,是黄土动力学研究的前沿课题;截至目前,室内动三轴液化试验仍是研究黄土液化的主要方法,而试样饱和度的高低是影响黄土液化试验结果的关键因素;首先从土的性质和饱和的主要指标对砂土和黄土饱和的差异进行了对比,而后通过对现行的主要饱和方法进行了详细的叙述,归纳总结了黄土室内液化试验饱和方法的研究现状,同时结合黄土本身大孔隙、弱胶结的特性,就现行主要饱和方法对黄土饱和的适用性进行了评述,提出了每一方法的优缺点;并结合反压饱和方法在黄土饱和中的应用现状,对该方法在黄土饱和中的应用前景进行了展望.     

我国标贯液化判别方法对黄土适用性研究

鉴于我国20世纪50年代以来,地震液化现场很少有黄土液化的实例,而饱和黄土甚至高含水率的黄土也具有很高的液化势和流态破坏势.为工程设计准确预测饱和黄土在设计地震动的作用下是否会液化,本文用Seed-Idriss简化判别法对兰州某民用机场的饱和黄土和砂土进行液化判别,并以此结果为依据检验规范判别式对黄土液化判别的适用性.结论证实用Seed-Idriss简化判别法结果检验规范方法对黄土的适用性是可行的,规范方法对于黄土液化判别过于保守.     

饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法研究

黄土液化的判别是工程界长期存疑的问题.本文基于不同黄土场地的现场标贯试验、波速测试和试样的室内动三轴试验研究以及《兰州市区建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3037-2006)使用反馈情况,提出了饱和黄土场地液化的工程初判和详判指标与方法:(1)地层年代、粘粒含量、塑性指数、剪切波速、土层埋深条件等可作为饱和黄土场地液化初判的指标;(2)国家《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)[2]中基于标贯击数的液化判别公式和液化指数计算公式适用于饱和黄土地基的液化判别和液化程度评价,但黄土液化判别的标贯击数基准值需要修正;(3)对应于设防加速度0.1g、0.15g、0,2g、0.3g、0.4g下饱和黄土液化判别的标贯击数基准值应分别为7、8、9、11、13,显著小于砂土液化判别的相应值.目前该判别方法已被纳入《甘肃省建筑抗震设计规程》(DB62/T25-3055-2011)[3].     

饱和粉土液化特性的大型振动台模型试验研究

京沪高速铁路徐沪段路基的粉土粘粒含量少于1.5%、粉粒含量约为80%,在强烈地震作用下存在着液化可能性.为充分研究这一饱和粉土地层的液化特性,本文作者利用大型地震模拟振动台,进行了模拟自由场地饱和粉土的地震液化模型试验,试验结果再现了自然地震触发的粉土液化的各种宏观震害现象,揭示了饱和粉土的地震液化规律和特征。试验结果为京沪高速铁路徐沪段路基的抗震设计提供了参考依据。     

地基土粉砂层动力特性分析试验研究

本文通过对某核电厂取水明渠导流堤地基土粉砂层室内共振柱试验及动三轴液化试验,测定了动剪切模量、阻尼比与动剪应变幅的双曲线关系,分析了粉砂的动力变形特性,探讨了砂土的抗液化强度与液化振次之间的乘幂函数关系,确定了该地基土的抗液化强度指标。为评价导流堤的地震稳定和液化分析提供了相关参数,同时对堤坝工程场地的地震安全性评价和液化评判有良好的借鉴和参考价值。     

黄土场地地震液化研究

通过往返加荷动三轴试验,对兰州某民用机场扩建工程场地的饱和黄土和砂土进行了液化试验。在试验结果的基础上,运用抗液化剪应力判别方法、地震危险性分析计算结果以及根据有限元一维模型计算求得的该场地的地震剪应力,对该场地饱和黄土和砂土的地震液化进行了综合判断。结果表明,在未来遭受到50年10％超越概率的地震作用时,该场地的饱和黄土比饱和砂土更容易发生液化。     

汶川地震砂砾土液化现象及现场确认实验

通过汶川8.0级地震中不同地区、不同烈度的4个典型液化场地宏观现象分析以及现场测试,确认了汶川地震天然砂砾土液化的真实性并初步研究了其特征。结果表明汶川地震中砂砾土液化是真实存在的,4个场地均为砂砾土液化。地表喷出物与实际液化土类差异显著,而上覆非液化层厚度是影响地表是否可能喷出砾石的主要因素。重型动力触探击数是值得推荐的砂砾土液化判别的指标,若采用剪切波速指标则需要将砂砾土进行分类处理,需考虑含砾量、平均粒径等指标的影响。     

Characterization of liquefaction resistance in gravelly soil: large hammer penetration test and shear wave velocity approach

Gravelly soil is generally recognized to have no liquefaction potential. However, liquefaction cases were reported in central Taiwan in the 1999 Chi-Chi Taiwan earthquake and in the 1988 Armenia earthquake. Thus, further studies on the liquefaction potential of gravelly soil are warranted. Because large particles can impede the penetration of both standard penetration test and cone penetration test, shear wave velocity-based correlations and large hammer penetration tests (LPT) are employed to evaluate the liquefaction resistance of gravelly soils. A liquefied gravelly deposit site during the Chi-Chi earthquake was selected for this research. In situ physical properties of soil deposits were collected from exploratory trenches. Instrumented LPT and shear wave velocity (V_s) measurements were performed to evaluate the liquefaction resistance. In addition, large-scale cyclic triaxial tests on remolded gravelly soil samples (15 cm in diameter, 30 cm in height) were conducted to verify and improve LPT-based and V_s-based correlations. The results show that the LPT and shear wave velocity methods are reasonably suitable for liquefaction assessment of gravelly soils.     

Semi-empirical procedures for evaluating liquefaction potential during earthquakes

Semi-empirical procedures for evaluating the liquefaction potential of saturated cohesionless soils during earthquakes are re-examined and revised relations for use in practice are recommended. The stress reduction factor (r_d), earthquake magnitude scaling factor for cyclic stress ratios (MSF), overburden correction factor for cyclic stress ratios (K_σ), and the overburden normalization factor for penetration resistances (C_N) are discussed and recently modified relations are presented. These modified relations are used in re-evaluations of the SPT and CPT case history databases. Based on these re-evaluations, revised SPT- and CPT-based liquefaction correlations are recommended for use in practice. In addition, shear wave velocity based procedures are briefly discussed.     

饱和黄土液化判别方法的两点发现

黄土液化实例多与现有可液化土地质年代规定不符。采用动三轴弯曲元试验设备对原状黄土饱和过程进行剪切波速跟踪测试,发现黄土浸水、结构先破坏再固结形成新的稳定结构的特点,证明经历过饱和的黄土已不能再视其为饱和前的地质年代。兰州马兰黄土中的黏粒有些是以黏土团块的形式存在,而黏土团块并不影响其他部分粉质土的液化,因此对于此类土应用黏粒含量进行液化判别时,应考虑将黏土团块不计入黏粒含量。     

1976年唐山大地震CPT液化数据库检验

1976年唐山大地震引发了范围广、灾害重的液化震害。铁道部科学研究院等单位于1977、1978年对液化场地进行了单桥静力触探测试。但单桥静力触探在数据指标方面存在缺陷,与国际标准不接轨。中国地震局工程力学研究所与东南大学等单位于2007年对上述唐山地区部分测点再次进行了孔压静力触探（CPTU）测试。本文通过对比2次静力触探数据,利用Robertson土质分类图,进行新孔压静力触探数据土类分层检验,将土类检验结果与单桥静力触探测试时钻孔柱状图进行对比,发现大部分测点土层土类均能较好对应,现场测试力学指标沿深度变化趋势较相符,仅剔除了错误点T2、T3。对所有测点选定液化层,分别建立基于单桥静力触探测试比贯入阻力p_s和基于孔压静力触探测试锥尖阻力q_c的液化数据库。利用基于静力触探测试（CPT）的我国规范液化判别方法检验了2个数据库,发现对单桥静力触探测试的数据库液化判别效果好,而对孔压静力触探测试的数据库液化判别效果较差,说明经过30年的时间,土层液化可能已发生较大改变。因此,基于孔压静力触探测试的液化数据库可靠性较低,基于该数据库对液化判别方法进行改进意义较小。     

利用qc,D50评价砂土地震液化势研究

本文根据国内外地震液化调查资料，建立了利用双桥静力触探锥头阻力ｑｃ和平均粒径Ｄ５０判别地震液化势的半经验性方法。这种方法对评价地震液化势是颇为有效的。     

Assessing CPT-based methods for liquefaction evaluation with emphasis on the cases from the Chi-Chi, Taiwan, earthquake

In the early morning (1:47 Taiwan time) of September 21, 1999, the largest earthquake of the century in Taiwan (M_w=7.6, M_L=7.3) struck this island country. The earthquake killed more than 2400 people and caused great destruction to buildings, bridges, dams, highways, and railways. One of the causes for heavy damages to the structures is soil liquefaction and ground settlement during the earthquake. In this paper, investigation of soil liquefaction and case histories of liquefaction are presented. Three CPT-based simplified methods, the Robertson method, the Olsen method, and the Juang method, are examined using the case histories derived from the Chi-Chi earthquake. The results of the comparison show that the Juang method is more accurate than the two methods in predicting liquefaction potential of soils based on the cases derived from the Chi-Chi earthquake, although all three methods are quite comparable in accuracy.     

饱和原状黄土液化基本特征的振动台试验研究

天然黄土因其较强的结构性,制备大尺寸原状试体非常困难,国内外尚无针对饱和原状黄土实施振动台模拟试验的数据与资料。通过解决大尺寸原状黄土试体现场取备难题,利用振动台模拟试验研究饱和原状黄土液化现象及其基本特征。试验结果表明:饱和原状黄土的液化现象,在超孔隙水压力增长、持续与消散的趋势性上与饱和砂土具有可比性,二者的最大差别在于细节特征方面的不同;饱和度是决定地震作用下天然黄土液化特性的首要条件;试体饱和度约为90.3%的条件下,加载后的最大孔压比约为0.93;饱和度85%、75%和65%可能是天然黄土能否发生液化现象、似液化现象(循环失效)和不考虑循环失效现象的临界值。试验获得的资料与分析结果,对深入理解饱和土体液化物理过程与力学机制意义重大。     

Evaluation for Earthquake Liquefaction of Loess Sites

ugh the sinusoid loading dynamic triaxial test, the liquefaction property of saturated loess and sand selected from a civil airport of Lanzhou, Gansu is examined. Based on the laboratory results, a comprehensive assessment on the earthquake liquefaction potential of the loess and sand is given, using the liquefaction resistance shear stress method and the results of seismic hazard assessment. It is found that under the effect of ground motion with exceedance probability of 10% within 50 years, the loess in the study is more susceptible to liquefaction than sand.     

Magnitude scaling factors in liquefaction triggering procedures

A revised magnitude scaling factor (MSF) relationship for CPT-based and SPT-based liquefaction triggering analyses is presented in this paper. The revised MSF relationship incorporates functional dependency on the soil characteristics [represented by clean sand equivalent penetration resistances in the present form] as well as on earthquake magnitude. The revisions in MSF are based on the examination of cyclic testing results for a broad range of soil types and densities, analyses of strong ground motion records to develop relationships for the equivalent number of loading cycles for different soil properties, and the synthesis of those results into an MSF relationship suitable for implementation in practice. A separate study [2] showed that use of the revised MSF relationship in CPT-based and SPT-based liquefaction triggering procedures is well-supported by the case history databases. Other factors known to fundamentally influence the MSF are discussed.