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。     

黄土动残余变形的特性与机理研究

黄土震陷是常见的地震灾害。历史地震中,黄土震陷常有发生并导致地基沉降、诱发滑坡并造成生命财产损失。通过室内试验研究黄土动荷载残余变形,分析不同因素对黄土震陷的影响,揭示黄土震陷的发生机理,这对于准确评价黄土场地震陷性,     

黄土震陷下限深度研究

利用兰州和西安地震小区划黄土震陷数据,获得了这两个地区黄土震陷下限深度预测的经验公式,与实验结果较为吻合。结果显示在一定的地震动条件下黄土的物理指标含水量、固结压力、剪切波速能够比较好的反映黄土震陷特性,通过研究它们与残余应变的关系可以预测黄土震陷下限深度。     

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。     

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。     

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。     

考虑土体性质的黄土震陷灾害区域性特征

本研究在通渭、兰州、西吉、宝鸡、西安等多个西北典型黄土震陷灾害场地获取原状土样,通过对密度、含水率、孔隙比、塑液限等物理指标的测试,分析其与土体震陷性的关系;通过动弹性模量和阻尼比、动强度、震陷等室内动力特性试验,并结合大量前人研究资料,分析土体性质对岩土震陷灾害的区域性影响。结果表明：1）震陷系数与单一土体物性参数呈正相关或负相关关系,六盘山以西和以东的黄土震陷特性反映了明显的地区变化规律,在相同地震荷载作用下震害东轻西重;2）随着时间的推移,人类的活动增加,改变了土的含水率,导致土体上覆压力增大,在上覆压力的作用下,土体的初始孔隙数量有所减少,其固结程度越来越好,宏观表现为土体的易损性即震陷性减小。     

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。     

含水量对黄土震陷性定量影响研究

含水量是影响黄土震陷性非常重要的参数。本文以洮河三级阶地上典型的Q3黄土为研究对象,对其震陷性特征进行了全面、系统的研究。通过在20 m深探井中依次取得4 m、8 m、12 m、16 m、20 m处黄土原状试样进行室内试验,得到以下结果:(1)天然黄土存在震陷性随深度增加而逐渐减弱的规律;(2)通过增湿、减湿获得5%,10%,15%和20%四种不同含水量黄土试样,同一深度黄土随着含水量增加其震陷性增长的规律明显;(3)通过实验数据分析得到了含水量对黄土震陷性定量影响规律,并根据其规律给出了不同动应力作用下的黄土震陷临界含水量。     

粉煤灰改良饱和黄土动力特性研究

以资源循环再利用与提高饱和黄土地基抗震性能为目的,通过对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土进行动弹性模量-阻尼比试验,研究了动荷载作用下粉煤灰掺量对饱和改良黄土动骨干曲线的影响,同时对不同掺量粉煤灰改良饱和黄土初始动弹性模量、最大动应力幅值、动弹性模量与阻尼比进行了对比研究。研究结果表明:饱和压实素土与不同掺量粉煤灰改良饱和黄土动骨干曲线均可用双曲线模型进行描述,模型参数受粉煤灰掺量影响较大;粉煤灰的掺入可有效改善饱和黄土地基抗震性能,随粉煤灰掺量增加,不同掺量饱和改良黄土动弹性模量与阻尼比分别总体呈增大与减小趋势;考虑粉煤灰改良饱和黄土抗震性能与经济成本,提出了饱和改良黄土最佳粉煤灰掺量为20%~25%;并基于回归分析,给出了饱和改良黄土动弹性模量衰减经验公式与阻尼比增长经验公式及其拟合参数。     

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。     

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.     

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。     

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。     

动荷载作用下粉煤灰改性黄土的震陷特性

针对黄土地区实现工程施工材料本土化和科学利用粉煤灰问题,对不同配比条件下粉煤灰改性黄土进行重塑非饱和试件的动三轴震陷试验,研究其在动荷载作用下的震陷特性,分析粉煤灰掺入量对动变形模量和动残余应变的影响变化规律。研究结果表明:粉煤灰掺入量对黄土震陷性质的影响较大。相同固结应力水平下,动变形模量和动残余应变随粉煤灰掺入量呈现出不同的变化规律,随着粉煤灰掺入量的增加,黄土动变形模量也随之增大,残余应变则减小。动变形模量与动残余应变之间的变化趋势满足幂函数关系;黄土掺加约20%粉煤灰改性后就能够有良好的抗震陷性能。研究成果可为黄土地区地基的抗震防震设计提供借鉴依据,具有重要的工程实用价值。     

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     

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。