饱和砂土液化特性的可视化试验研究

针对目前散粒体液化细观机制研究的局限性,对C.K.C型动态三轴仪进行改进,研制了可用于研究散粒体细观组构特征的动三轴可视化试验系统。利用该系统对循环荷载作用下标准砂的颗粒运动规律及细观组构特征进行初步探讨,从颗粒的运动规律、定向性、配位数和孔隙率等细观角度分析了循环荷载作用下饱和砂土发生液化的细观机制,认为液化的发生是土体在循环荷载作用下颗粒不断运动、重新排列的结果,指出颗粒长轴方向、配位数和孔隙率等细观组构参量是反映循环荷载作用下饱和砂土液化宏观响应的重要参量     

基于微观结构的砂土液化动三轴试验研究

通过动三轴及SEM扫描电镜等试验研究安庆地区特殊砂土（淤泥质砂土、黏土质砂土及粉土质砂土）抗液化性能的影响因素,分析粒径及级配、细粒含量及微观结构对砂土液化影响。研究表明：骨架颗粒越大,抗液化能力越强;砂土所含颗粒越均匀,即土的级配越优良,砂土抗液化能力越强;砂土的抗液化能力随着其细粒质量百分含量的增加先减小后增加,且不同类砂土抗液化能力最弱时所对应的细粒质量百分含量不同。     

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。     

辽西地区风积砂土振动液化特性的试验研究

本文对辽西地区风积砂土地震液化特性进行了实验研究,对围压、固结比、密度和细粒含量进行了分析,得出了它们对抗液化强度的影响规律,同时分析了不同细粒含量和干密度对砂土振动孔压发展模式的影响规律.在偏压固结情况下,振动孔压的发展趋势可以用双曲线对其进行模拟;在均压固结条件下,振动孔压的发展趋势和H.B.Seed、张建民等人研究的振动孔压发展趋势的曲线形态相一致.通过实验分析表明细粒含量、密度等都会对孔压的增长规律有一定影响.     

掺有橡胶粉末砂土液化特性的动三轴试验研究

由于重度小、渗透性强,橡胶粉末常作为边坡、路基和挡土墙的填料,以代替部分砂土,从而提高挡土墙的安全性,并减少砂子的用量。在地震或交通荷载作用下,掺有橡胶粉末的砂土动力学特性,包括应力-应变关系曲线、孔隙水压力累积规律、动剪切模量和抗液化能力方面的研究亟需开展。借助CKC循环动三轴仪,开展饱和不排水条件下掺有橡胶粉末的砂土试样的动力学特性研究,重点评估掺入的橡胶粉末对试样的抗液化性能的影响。研究结果发现,掺有不同粒径橡胶粉末的砂土对应力-应变关系、孔隙水压力的影响非常显著,同时发现,粒径较大的橡胶粉末可以极大地提高试样的抗液化能力。另外,发现掺入量越大,对抗液化能力的提高越明显,且随着掺入量的提高,表现出与常规砂土液化不同的破坏模式。研究结果进一步明确了掺有橡胶粉末的砂土动力特性行为,为橡胶粉末在工程实践中的应用提供了技术依据。最后,对橡胶砂土混合的微观机制进行了解释。     

饱和砂土的剪切波速与其抗液化强度关系研究

根据饱和砂土剪切波速与其抗液化强度的相关性原理,利用剪切波速与振动三轴联合实验装置,进行了控制饱和砂土初始剪切波速的振动液化实验,依据实验结果建立了剪切波速与抗液化强度的定量关系。最后用现场勘查数据对此定量关系进行验证,结果表明：该关系式对实际 66 个未液化地点的判别准确率达到 81.2 %;对 108 个实际液化地点的判别准确率达到 62.8 %;平均判别准确率达到 69.5 %。     

不同地区饱和黄土液化特性研究

利用动三轴试验系统,对兰州、固原、潼关地区饱和原状黄土进行了液化试验。通过对饱和黄土液化的动应力、动应变和动孔压发展特点等问题的对比和分析,研究了我国不同地区饱和原状黄土的液化特性。研究表明:(1)黄土液化有其自身的特点,一旦发生液化,抗液化强度将迅速丧失;(2)黄土的区域性结构特性对黄土液化的影响非常明显,表现为不同地区、不同结构的黄土,其液化强度是不同的。而不同地区间黄土的干密度等物性指标对黄土液化的影响远小于区域性结构特性的影响;(3)基于黄土的结构破坏特性和液化特性,给出了饱和黄土的液化破坏应变标准。     

H-V加筋饱和砂土性状的三轴试验研究

进行了H-V（水平-竖向）加筋饱和砂土固结不排水三轴试验。加筋材料采用镀锌铁皮和有机玻璃两种不同材料,在不同竖筋高度、不同围压下共进行了44组试验,研究了加筋饱和砂土的应力-应变关系、孔压-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋饱和砂土强度的影响,同时比较了立体加筋与土工格室加筋的异同,对饱和紧砂的空化现象及其影响进行了分析。试验结果表明,相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其抗剪强度均有大幅度提高;尤其是镀锌铁皮加筋,不仅提高了饱和砂土的有效黏聚力,也提高了有效内摩擦角,同时改善了砂土的延性。     

饱和橡胶砂动力特性动三轴试验研究

橡胶质轻、耐磨、渗透性好、减振性能优良,橡胶颗粒与砂土混合作为土工填料可被用于边坡、路基和垃圾填埋场中。通过室内动三轴试验研究了不同橡胶含量混合土的动强度特性及动孔压发展特性。结果表明：橡胶质量含量越高,混合土的抗液化强度越高,且混合土的液化强度曲线符合乘幂函数关系;考虑橡胶质量含量的影响,得到了归一化混合土液化强度曲线;初始应力比和橡胶含量对混合土动孔压比发展具有明显影响,建立了不同试验条件下动孔压比发展模型。试验发现,当初始动应力比超过0.4时,10%橡胶含量的混合土出现明显橡胶颗粒向上迁移现象。基于颗粒细观接触和颗粒运动状态,揭示了橡胶颗粒迁移机制。     

黄土液化特性试验研究

黄土是一种多孔隙弱胶结的第四纪沉积物,粉粒含量较高,同时含有一定的砂粒,因此往往具有较高的液化势。其中以黄土高原地区最为集中,该地区是我国构造活动较为活跃、地震灾害较为集中的地区,历次强震均引发严重地质灾害,以地震滑坡、震陷和液化等黄土地震灾害为主,因此该地区黄土液化特性的研究尤为重要。本文采用美国MTS公司制造MTS810Teststar程控伺服土动三轴仪为实验仪器,采用水头饱和法对饱和后的黄土试样进行振动液化试验,研究了黄土在等幅循环动荷载作用下的液化机理和液化特性,以及动荷载作用下动应变增长模式,为地震作用下黄土地基及黄土边坡稳定性问题研究提供基础理论支持。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

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。     

饱和粉砂土的动三轴排水试验与计算分析

饱和土在理论上一直以两相饱和孔隙介质模拟,利用Biot饱和孔隙介质动力方程纵波解耦的 (u为波动的振幅位移,p为孔隙水压)解答,结合排水的Somigliana表象积分,能够完成饱和土排水动力反应计算,结果也能在野外试验中验证。为了进一步深入研究饱和土排水的动力特性,设计了室内饱和土动三轴的排水试验,以不同状态饱和粉砂土排水状态下试验的结果,阐述了排水理论计算解答与动三轴试验测试结果的对比分析。最后指出修正后的理论解答与饱和粉砂土的试验测试结果较吻合,并在今后饱和土伴有排水的动力响应分析能在饱和土动力学问题研究中有所应用。     

CFG桩加固饱和粉土地基的动力特性试验研究

以京沪高速铁路液化土地基加固为背景,利用大型堆叠式剪切变形模型箱,进行了模型比例1:10的CFG桩桩网结构地基加固饱和粉土地基的振动台模型试验,得出各级加载情况下地基路基响应加速度幅值放大系数的分布以及响应加速度幅值放大系数与各级加载加速度幅值的关系,分析了CFG桩桩网结构地基加固饱和粉土地基在地震作用下的加速度传递规律,得到了以下结论：（1）在加载加速度小于0.101g时,地基路基响应加速度幅值基本不放大,且加速度放大系数云图呈现水平状分布;（2）当加载加速度为0.161g时,桩间土的液化引起地基路基的响应加速度幅值放大系数的较大增加;（3）当加载加速度为0.210g时,桩间土液化的同时部分CFG桩发生剪断破坏,从而引起了地基路基的各响应加速度幅值放大系数的增大;（4）当加载加速度为0.324g和0.363g时,地基整体刚度的大幅度减小,在一定程度上降低了桩网结构地基传递振动的能力,从而导致加速度幅值放大系数相对前一级加载时减小;（5）整个加载过程中,粉土层的放大效应显著,而黏土层对加载加速度几乎没有放大作用。     

真三轴状态下砂土的强度参数

基于SMP强度准则和三剪切角理论,推导了一般应力状态和轴对称状态下砂土峰值内摩擦角间的转换公式,并研究了中主应力比的影响。考虑到轴对称压缩状态和轴对称拉伸状态所得峰值内摩擦角间的差异,对所得公式进行修正。将修正前后公式的预测结果与真三轴试验结果对比表明,若要合理描述砂土在一般应力状态下的强度特性,应当考虑三轴拉伸和三轴压缩状态下强度参数间差异的影响。     

Analysis of liquefaction susceptibility of nearly saturated sands

A new constitutive formulation for simulating the behaviour of nearly saturated sands under seismic loads is presented. The formulation is based on combining the Henry's law for dissolution of gas in water, the ideal or perfect gas law and the law of conservation of mass. The effects of transient air dissolution in water on the compressibility of partially saturated soils are also taken into account. The model was calibrated based on numerical simulations of isotropically consolidated cyclic triaxial tests conducted on partially saturated samples of Toyoura sand. A multi‐yield plasticity soil constitutive model implemented in the finite element code DYNAFLOW was used for these numerical simulations. It is shown that the formulation proposed here is able to reasonably predict the soil cyclic undrained behaviour at various degrees of saturation (95% and higher). Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.