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。     

庐山北麓JL红土剖面粉砂粒级元素地球化学特征及其物源意义

加积型红土是中国南方第四纪环境变化研究的重要陆相载体,其沉积母质显示风成特性,后期经历较强的化学风化。为了明确加积型红土的物质来源,并减弱风化效应对其物源信息的影响,本文提取了庐山北麓JL红土剖面(厚18.46 m)部分样品的粉砂组分(4~63 μm),分析其元素地球化学特征,并通过元素比值及物源判别指数等方法讨论其蕴含的物源信息。结果显示:1)粉砂粒级化学组成中SiO2、Al2O3和Fe2O3三者的含量可达84.29%,K2O、Na2O、CaO和MgO四者含量仅1.30%,与全岩相比SiO2含量增高,Al2O3和Fe2O3含量明显降低,风化指数CIA值(74.02%)明显低于全岩样品(85.00%);微量元素中,粉砂粒级相对全岩Cu、Zn、Rb、Sr、Cr、La等含量降低,Y、Zr含量则略高。2)Na2O/Al2O3与K2O/Al2O3及Na2O/K2O与CIA的散点图中,粉砂粒级样点间的集聚程度明显降低,暗示风化效应在一定程度上被削弱。此外以洛川黄土和长江河漫滩沉积物为端元的物源指数计算表明,全岩样品消除粒级效应后的物源指数(PIw)与粉砂粒级物源指数(PIfs)吻合度较好,进一步验证了粉砂粒级地球化学特征在削弱风化效应方面的有效性。3)JL剖面上部黄棕色土的PIfs值为0.45,物源上更接近北方黄土,剖面中下部的网纹红土PIfs值为0.57,物源更接近长江沉积物。结合TiO2/Al2O3、Zr/Y、Hf/Ti等元素比值,JL剖面自下而上近源物质的贡献略有减少,远源物质的贡献则趋于增加,这可能意味着晚第四纪以来东亚冬季风不断增强的过程。     

Relationships between hydrodynamic parameters and grain size in two contrasting transitional environments: The Lagoons of Venice and Cabras, Italy

A comparison was made of shallow water sediments from the Lagoon of Venice (LV) and the Lagoon of Cabras (LC), comparing depositional environments and exploring the relationships between hydrodynamics and sedimentological parameters. The two water bodies are very different in size (LV: 360 km²; LC: 22 km²), and the sediments predominantly consist of silty-clay (LV: Mz ≈ 26 μm; LC: Mz ≈ 6 μm). However, there are large differences between the two lagoons with respect to sand (LV: mean 19%; LC: mean ~ 3%) and clay (LV: mean 20%; LC: mean 45%) contents. The Lagoon of Venice (mean depth ~ 1 m) can be considered a tidal basin, whereas the Lagoon of Cabras (mean depth ~ 2 m) has the character of a coastal lake in which wind is the main hydrodynamic forcing factor. A comparison of sediment grain-size distributions with water circulation patterns in different parts of the lagoons highlighted some interesting differences. Grain-size analyses of samples reveal a deficiency of particles around 8 μm in the LC, which is interpreted as reflecting the transition between cohesive flocs/aggregates and non-cohesive coarser silt particles, while the transition limit in the LV is ~ 20 μm. Thus, particles are cohesive below 8 μm in the LC and below ~ 20 μm in the LV. This is probably because of the differences in the clay/silt ratio, which is much lower in the LV (~ 0.3) than in LC (~ 1), conferring a “silt-dominated network structure” on most of the LV sediments.The hydrographical data used were root mean square velocity (RMSV) and water residence time (WRT), computed under the main forcing conditions. The results show a general correlation between RMSV and sortable silt in the LC, and between RMSV and coarser sediments (63–105 μm) in the LV. Some significant differences between the lagoons were detected in the degree of correlation between WRT and grain size. Root mean square velocity (~ 7 cm s^− 1 in the LV and ~ 3 cm s^− 1 in the LC) was a greater forcing factor in the LC than in the LV. Conversely, WRT, which is on average ~ 16 days in the LV and ~ 19 days in the LC, has more influence in the LV. This study highlights the usefulness of comparing environments with different hydrodynamic energies, e.g., tidal and/or wind-driven currents, to elucidate and thereby improve our understanding of the processes governing the spatial distribution of sedimentological features, the transport mechanisms of sediments, and the relationship between them. The results demonstrate that the approach outlined in this study has the potential to provide a universal hydro-sedimentological classification scheme.     

高温冻结粉土力学特性试验研究

为了探讨高温冻结粉土的力学特性,进行了一系列常规三轴压缩和三轴压缩加卸载试验。结果表明：（1）随着围压的增大,应力应变曲线先表现为应变软化,后应变硬化,最后又应变软化。（2）体积应变曲线均表现为先体缩后体胀,且围压越大,体胀越弱。（3）通过引入改进的双曲线模型,能较好地模拟应变软化和硬化特性。在q-p平面内建立了一个新的强度准则,并利用修正Mohr-Coulomb屈服准则,探讨了黏聚力c和内摩擦角φ的变化规律。根据试验结果,确定了不同围压及不同加卸载循环次数下高温冻结粉土的回弹模量及其损伤变化规律。最后,建立了塑性体积变形和塑性剪切变形之间的关系式和表达式,进一步探讨了高温冻结粉土的剪胀特性。     

冻结粉土强度准则探讨

冻土的强度随围压的增加呈先增大后减小的趋势,通过修正子午面内q-p曲线的斜率M*来探讨冻土强度变化规律。基于摩尔圆和包络线定理,推导了冻土内摩擦角随平均正应力的变化规律。假定偏应力的大小采用Mohr-Coulomb和Von-Mises强度准则的组合形式表示,将内摩擦角引入到偏平面中获得了偏平面内的强度准则。在不同温度（-6、-10、-15 ℃）和0.3～15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验,根据试验结果确定了子午面和偏平面的相关强度参数。结果表明：（1）子午面内的强度准则能较好模拟冻土在低围压下的强化效应和高围压下的弱化效应;（2）内摩擦角随平均正应力增大呈先增大后减小的趋势;（3）随控制参数s的增加,在偏平面内偏应力由Mohr-Coulomb包络线逐渐向Von-Mises包络线转化,其形状大小与极限强度值呈一一对应关系。最后通过试验结果与已有的强度准则对比表明：修正的强度准则具有一定的适用性。     

山东半岛近海不同粉砂粒级含量分布的空间差异性及其沉积学意义

粉砂是现代陆架和河口沉积物最主要的粒级组分,但由于其复杂的沉积动力学行为,我们对于不同粉砂粒级的沉积学特征和行为并没有完全掌握。本文分析了山东半岛近海表层沉积物中不同粉砂粒级组分含量的空间分布特征,探讨了其控制因素。结果表明,山东半岛周边近海沉积物类型以泥质沉积为主,但不同粉砂粒级组分具有明显的空间分布差异性。极细粉砂、细粉砂与黏土组分的含量变化一致,表明了其相似的沉积动力学行为。粗粉砂组分的含量空间变化最大,在山东半岛的北部泥质条带、东部“泥楔”和南部近岸具有明显的高含量,其含量与其他各粉砂组分具有明显的负相关性。从表层沉积物的粒度组分与分布规律,可以证明研究区表层沉积物主要以黄河携带物质为主,但流入本区的一些中小型河流也明显提供了部分物源,只是其提供物质的扩散范围有限。结合水动力分析和物理海洋学等方面的认识,我们认为造成不同粉砂组分空间分布差异性的原因主要受物源、区域水动力学条件、局部地形（底形）等因素控制。另外,还发现了山东半岛“泥楔”沉积物的粗粉砂组分含量偏高、现代沉积速率也偏大,这些现象在空间上与“海洋锋面”位置一致,对于海洋锋面的沉积学意义还需要进一步的调查研究和数值模拟工作。     

填海工程建设前后丹东港海域泥沙冲淤变化特征与成因分析

利用近年来水深地形数据和2010年全潮水文观测资料分析了丹东港海域在填海工程建设前后的冲淤变化特征,并阐述了冲淤变化的成因,以对该类型海域海洋工程的选址和海洋环境保护等提供科学依据。研究结果表明,研究区海底在工程建设前除靠近大东作业区的岬角处冲刷较大外,其他海域整体冲淤厚度小于0.2 m/a。工程建设后海底冲淤格局发生重新分布,主要表现在工程南侧普遍冲刷和东侧航道内及西南侧海域的淤积。利用刘家驹公式计算了工程建设前后的航道回淤强度,计算结果表明:工程后A点年均淤积厚度减小了0.09 m,B、C点年均淤积厚度分别增加了0.02、0.19 m。Mike21数值模拟结果显示,工程建设改变了原来的流场,造成研究区冲刷悬浮的泥沙在潮流的作用下重新搬运与沉积,同时波浪场也因工程的影响下蚀海底的能力增强。     

主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土单调剪切特性的影响

利用“土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪”,针对初始成样含水率分别为0、5%、10%,夯击法制备的饱和重塑粉土试样,在初始主应力方向角分别为0o、30o、45o的条件下进行非均等固结,然后保持平均主应力100 kPa、中主应力系数0.5、各主应力方向角以及加载速率恒定进行了应力控制式不排水单调剪切试验。着重探讨了主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土应力-应变关系、孔隙水压力变化及有效应力路径等的影响。试验结果表明：主应力方向和初始成样含水率对饱和重塑粉土的变形及强度特性具有显著影响。初始成样含水率影响应力-应变关系,对剪切强度影响不太显著,但破坏标准的选择对试验结果影响明显,干装样的孔压值低于湿装样;各种初始成样含水率的归一化剪切强度均随着主应力方向的增加而逐渐降低,而归一化孔压最大值则呈现增大的趋势     

深厚淤泥地基中高路堤桥台基桩工作性状的现场实测与分析

针对位于深厚淤泥地基上的高路堤桥台的冲孔灌注桩,进行了1.5 a的现场实测,测试了修筑承台前、修筑桥台期间、邻近过渡段的路基填土期间、过渡段的路基填土期间及跨梁修筑后的桩身应变和桩侧土体孔隙水压力,也测试了基桩的挠曲变形和桥台的倾斜变形,基于实测结果对基桩的受力变形性状进行研究。结果表明,桥台基桩在承受上部结构荷载以前就产生了压缩变形;在上部桥台和台后填土的共同作用下,桩身前后侧的轴向应变虽都表现为压应变,但应变值相差较大;台后路基填土完成后,桩身最大负弯矩出现在淤泥层浅部,最大正弯矩出现在软硬土层交界处,桥台发生较小倾斜;跨梁的修筑使桥台台身又恢复到竖直状态。     

基于累积耗损能量的饱和粉土液化特性试验研究

饱和粉土场地在强地震作用下易发生液化现象。开展饱和粉土的循环三轴试验,以循环加载的累积耗损能量为指标,探讨黏粒含量、密实度、有效围压和循环应力比等因素对粉土液化特性的影响,试验结果表明:粉土液化所需的耗损能量随黏粒含量的增加呈先减小后增大的趋势,当黏粒含量约为8%时粉土的液化耗损能量最低;液化耗损能量随粉土密实程度的增大而逐渐增加,并随初始有效围压的增长而增加,但粉土的液化耗损能量与循环应力比之间的关系不明显。