液化土中斜群桩承台动力响应特性及桩身弯矩分布规律研究

为研究动荷载作用下饱和砂土发生液化前后斜群桩的动力响应相关问题,利用土工离心机振动台进行了饱和砂土场地条件下的斜群桩物理模型试验.通过试验分别对土层响应、桩身弯矩以及桩顶承台加速度和位移等进行了详细分析,得到了如下结论:不同荷载作用下土层液化范围的改变导致了土层加速度峰值出现了不同程度的放大或缩小现象;砂土液化前后桩身...     

可液化地基土三维地震响应分析

编制完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序，对可液化地基进行三维地震响应分析，探讨了不同土性参数、不同土层构成和不同附加压重等因素对可液化地基抗液化性能的影响。结果表明：在地震荷载作用下，天然饱和砂土地基中的超孔隙水压力随深度的增大而增大；在不同深度处，超孔压峰值到达的时刻比地震加速度峰值到达的时刻要晚；随输入地震加速度的减弱，深层处的超孔压开始消散或基本保持不变，浅层处的超孔压保持不变或略有上升，这一现象与土性参数、输入地震荷载的情况等因素有关；土性参数对土体本身的抗液化性能有重要影响，初始孔隙比越小，相对密度越大，土体的抗液化能力越强；附加压重有利于地基抗液化能力的提高；随着附加压重的增大，超孔压比减小；附加压重对地基中超孔隙水压力的增长有明显的抑制作用。     

含弱渗透性覆盖层饱和砂土地震液化特性研究

针对含弱渗透性覆盖层的饱和砂土地基进行一组离心机振动台试验,并采用OpenSees对试验模型进行数值模拟。通过模型试验与数值模拟结果对比讨论OpenSees对于饱和砂土地基地震液化模拟的精度;采用水平方向的Arias强度表示传入某一位置的地震动强度,并以液化时水平方向Arias强度作为该土层的抗液化强度;采用OpenSees计算不同地震动输入时饱和砂土的反应,以此检验Arias强度作为抗液化强度的准确性。结果表明,引起饱和砂土液化所需要的地震动强度随深度增加而增加;当传入的地震强度达到砂土发生液化所需要的地震强度时,该层砂土将会发生液化。     

液化对地表运动影响的现场试验研究

通过现场人工激震土体液化试验,研究液化对地表地面运动的影响,以求从一个新的角度得到地表运动与液化关联性的认识。设计了受到不同震动幅值下3种不同密实度的饱和砂土样人工激震试验,得到了其液化水平与地表加速度的关系以及液化对地表运动的影响规律,试验结果表明:荷载较小不足以使砂土发生完全液化时,砂土相对密度对孔压上升极限值起控制作用;荷载能使砂土液化时,砂土相对密度对孔压上升速率起控制作用,其中密实砂土最为敏感;以孔压比作为液化水平特征量,液化土体开始影响土表加速度的孔压比门槛值在0.3左右,液化土体削减地表加速度的孔压比在0.3~0.7之间,该值与饱和砂土的相对密度正相关、与荷载幅值负相关,而液化土体显著影响地表加速度的孔压比在0.7以上。     

黄河三角洲粉土液化的试验研究

在野外自然地理和地质调查的基础上，以黄河地区可液化场地粉土为研究对象，利用室内动三轴和振动柱试验进行测定，分析了动荷载作用下粉土的动应力应变关系并模拟了地震荷载作用下粉土的孔压响应及抗液化强度，得出了液化破坏标准，提出了原状粉土的振动孔压上升模型。对试验结果进行分析发现，随着粘粒含量的增加，粉砂、粉土、粉质粘土、粘土达到相同剪应变所需的动剪应力也依次增加；粉土孔压比0．68、粉砂土孔压比0．87作为液化破坏开始的标志；粉土发生液化所需的循环应力比大于砂土。这些研究为以后建立适合本地区的饱和地基土地震破坏判别方法提供了参数和依据。     

考虑孔压效应的饱和细砂剪切模量衰减规律研究

通过室内动三轴试验,分析了饱和细砂的动剪切模量演变特性和孔压效应,同时分析了循环荷载作用下相对密度、初始围压等因素的影响,提出了考虑孔压效应条件下饱和细砂动剪切模量的衰减特性,建立了动剪切模量比随孔压比增大而衰减的经验公式。结果表明:不同相对密度饱和细砂的应力-应变滞回圈的变化趋势显著不同;动孔压波动频繁并随时间逐步增长,并且不同的围压和相对密度对孔压比的增长有一定的影响;饱和细砂的动剪切模量随着孔压比的增大而逐渐减小,但不同相对密度饱和细砂的衰减趋势有所不同。通过拟合的曲线可以描述并预测不同相对密度饱和细砂的动剪切模量比随孔压比的衰减特性,具有较好的效果。     

核电厂进水口直立式翼墙结构地基三维地震响应分析

以某核电站海域工程进水口直立翼墙为背景,运用FLAC~(3D)有限差分程序对直立式翼墙结构在地震作用时的动力响应进行模拟,结合PL-Finn液化后大变形本构模型,研究翼墙结构在动力荷载作用下的动力响应规律。从结构的位移时程、结构变形、超孔压比、液化区域等方面定量评价翼墙护岸结构的安全性。分析结果表明:砂土液化后发生流动使结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大。由地震惯性力和砂土液化共同引起的水平和竖向变形,在SL1作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.05 m,竖向残余变形为0.07 m。在SL2作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.26 m,竖向残余变形为0.16 m;与基底输入地震动相比,在翼墙结构顶部水平和竖直加速度放大4～5倍,且越靠近翼墙顶部处加速度呈现出明显放大效应。     

含砾量对饱和砂砾土液化特性的影响

利用GDS循环三轴仪进行一系列饱和砂砾土不排水动三轴液化试验,研究其在循环荷载作用下的液化特性,分析含砾量对饱和砂砾土动强度和动孔压的影响规律。研究表明:含砾量对砂砾土液化性能影响较大,随着含砾量的增加砂砾土抗液化强度呈单调增加趋势;随循环周次的增加孔隙水压力不断升高,增长速率与所施加的循环应力幅值有关,同一固结压力下,振次比相同时循环动应力幅值越大动孔压比越大;破坏振次对动孔压增长模式存在影响,破坏振次较小时砂砾土动孔压增长模式呈双曲线型发展,破坏振次较大时砂砾土的动孔压增长模式可用反正弦函数来表示,且含砾量越大循环荷载引起的孔隙水压力越高;含砾量对砂砾土液化特性的影响可从砂砾土的微细观结构特征得到阐释,并借助其粒间状态参量进行分析。     

饱和砂土液化特性的振动台试验研究

基于地震模拟振动台试验,配制3组不同平均粒径和3组不同细粒含量的6个砂土模型,通过埋置于砂土内部的传感器监测模型内部不同位置的超孔隙水压力等指标,分析砂土模型内部的超孔隙水压力时程曲线及孔压比时程曲线,归纳出地震波加载峰值、砂土平均粒径、细粒含量及埋置深度等因素对饱和砂土液化特性的影响规律。试验结果表明:随着地震波加载峰值的增大,砂土模型液化程度逐渐增大,液化势逐渐增大,抗液化强度逐渐减小;随着砂土埋置深度的增加,砂土细粒含量的增加,砂土平均粒径的增加,砂土模型液化程度逐渐减小,液化势逐渐减小,其抗液化强度逐渐增大。同时,试验结果还表明,砂土液化各影响因素对砂土液化的影响程度依次为地震波强度＞砂土埋置深度＞砂土平均粒径、细粒含量。试验结果可为后续数值模拟的参数选取提供支持,为研究其他因素对砂土液化的影响提供参考。     

液化地基自由场振动台模型试验研究

进行了液化场地自由场振动台试验,试验采用柔性容器以减小边界影响,采用上覆黏土层的饱和砂土作为模型土。试验中再现了液化场地土的震害现象。得出的主要规律有:随着振次的增加,地基的频率迅速降低,阻尼比迅速增大;砂土对地震动起滤波作用;土体的加速度峰值反应在高度上呈"K"形分布;当最初加速度峰值到达前,砂土层中的孔压比存在负值;震后土中振动孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,在短期内可能继续增长。     

A study on water film in saturated sand

Water film can serve as a sliding surface and cause landslides on gentle slopes. The development of "water film" in saturated sand is analyzed numerically and theoretically based on a quasi-three-phase model. It is shown that stable water films initiate and grow if the choking state (where the fluid velocity decreases to near zero) remains steady in a liquefied sand column. Discontinuity can occur in pore water velocity, grain velocity and pore pressure after the initiation of a water film. However, the discontinuity and water film can disappear once the choking state is changed. The key to the formation of water film is the choking in the sand column caused by eroded fine grains.     

Experimental investigation on fluid characteristics of medium dense saturated fine sand in pre- and post-liquefaction

Liquefaction of saturated loose sand is a major cause of extensive damage to buildings and infrastructures during large earthquakes. A better understanding of the behaviour of liquefied soil is becoming increasingly necessary to mitigate earthquake damage, and the fluid method has become an increasingly popular means to study the behaviour of liquefied soils. The purpose of this study is to determine the fluid characteristics of liquefied fine sand. In this paper, the apparent viscosity was measured as an index of fluid characteristics using the shaking table tests of pre-liquefaction behaviour of saturated fine sand at approximately 45 % relative density; the relationship of apparent viscosity and shear strain rate on liquefying fine sand was indicated as a power-law shear-thinning non-Newtonian fluid; and liquefying fine sand has the alternating behaviour of shear dilatancy and compressibility during cyclic loading. Additionally, a series of a monotonic axial compression loading tests in an undrained manner were performed to measure the shear stress and excess pore pressure ratio relationship on the post-liquefaction saturated fine sand at approximately 50 % relative density. The fluid characteristics of post-liquefaction fine sand exhibits rate dependence and can be described by a combined fluid model of time-independent and time-dependent power-law functions; the time-independent viscous resistance is not relevant to the excess pore pressure ratio; but the time-dependent frictional resistance is closely related to the excess pore pressure ratio. Furthermore, the results of the verification tests demonstrate that the proposed fluid model has good applicability for the fluid behaviour of the post-liquefaction fine sand.     

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明：通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。     

液化土中桩基础动力反应试验研究

本文设计完成了包括三种密度饱和砂土和非液化干砂的多工况桩-土相互作用振动台动力试验,研究液化对土体和桩-承台动力反应的影响。通过试验和分析,得到了液化和非液化土层中土体水平加速度、侧向位移和桩-承台的水平加速度、侧向位移、桩身弯矩等指标的反应过程和模式,对比了液化和非液化条件对这些指标的影响方式,提出了各因素影响大小的分析结果。     

液化场地土-地铁车站结构大型振动台模型试验研究

本文对浅埋于可液化南京细砂地基中的地铁车站结构进行了大型振动台试验研究,对部分试验结果进行了整理,分析了模型地基的加速度和振动孔隙水压力的反应规律。试验结果表明:在整个试验过程中,模型地基浅层土和地铁车站侧向附近地基土最容易发生液化;其次,随着振动台台面输入地震动峰值加速度的增大,离车站结构较远的侧向地基土和底层地基土再发生液化,而车站结构正下方的模型地基土最不容易液化。同时,在模型地基土发生液化后,地铁车站结构发生了明显的整体上浮现象。     

沙土在孔隙水注入实验中渗透剪切破坏

前人曾指出液化后伴随着超孔隙水压重新分配的渗透会引起流体破坏的可能性。为了研究这一现象,利用实验室三轴试验将孔隙水注入土壤检测了土壤的渗透剪切破坏。该实验是在各项异性的固结作用后保持差应力,使用孔隙水控制装置在体积不变的应变控制条件下将孔隙水注入。实验中所用的材料是在1995年神户地震时被液化的常规洁净细砂和风化的花岗岩土壤。本文以实验结果为基础,讨论了由孔隙水注入引起的渗透剪切破坏判据和导致后液化行为的剪切应变发展特征。     

不同厚度饱和砂土中群桩结构动力响应试验研究

液化土中桩基础动力响应规律一直是工程抗震领域关注的热点问题。本文基于非液化砂土和不同厚度饱和砂土中的2×2群桩结构模型振动台试验,通过输入一定峰值加速度和频率的正弦波,对群桩在非液化土层和两种不同厚度饱和砂土层中的横向动力响应特性进行振动台试验研究。研究结果表明:在正弦波输入情况下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,波形变化规律与峰值大小均相差不大;而对两种不同厚度饱和砂土中承台加速度和位移峰值放大较多,在相对较薄的饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了1.83倍,较台面输出位移峰值放大了1.58倍;在相对较厚的饱和砂土中承台加速度和位移峰值则分别放大了2.18倍和1.91倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

Excess pore pressure dissipation and solidification after liquefaction of saturated sand deposits

To understand the post-liquefaction behavior of liquefied ground, it is important to get a better understanding and a more suitable characterization of the variation of excess pore pressure after liquefaction. In this paper, the soil permeability is considered as one of the key soil parameters for clarifying the mechanism of post-liquefaction behavior of liquefied ground. For this reason, a series of shaking table tests were conducted for a Toyoura sand deposit with different soil permeability values. Polymer fluid was used in model tests to vary the permeability of sand deposits. Excess pore pressures and settlements were measured in each test. A basic mechanism in post-liquefaction behavior and the solidification phenomenon after liquefaction were discussed based on these test results. Also, a new method for predicting the dissipation of excess pore pressure was developed. This study provides evidence of the important effect of soil permeability on the velocity with which the solidification front moves upward in liquefied ground. It is suggested that the value of coefficient of permeability of liquefied sand can increase to about 4.0 times the initial value. This variation of permeability after liquefaction should be taken into account in post-liquefaction analysis.     

饱和砂土地铁车站的振动台试验研究

地震作用下,饱和砂土地层地铁车站的动力反应特征是城市轨道工程抗震的关键问题。以太原地铁新近沉积粉细砂地层地铁工程为对象,通过模拟地震运动输入的饱和砂土地基地下结构的振动台模型试验,分析了不同峰值加速度地震作用下饱和砂土与地下结构相互作用的动力反应性状。研究了地震波作用的放大效应与频率特征,动孔压比增长发展过程和液化区域分布,以及动土压力的变化规律。表明加速度放大系数为1.5~2.0;0.1~0.25g峰值加速度地震作用下饱和砂土均产生动孔隙水压力累计发展;0.3g峰值加速度地震作用下饱和砂土产生液化,抑制了土与地下结构的振动放大效应,地表面大量冒水,结构模型出现了明显上浮,地下结构两侧产生震陷。