钙质砂动力液化特性的试验研究

我国南海分布有大量的钙质砂,在波浪或地震等动荷载作用下会发生液化。利用土工动力三轴仪进行了南海钙质砂的动力液化特性试验。试验表明,在等压固结条件下,不同围压下饱和钙质砂试样的变形模式基本相同,加载初期试样抵抗变形的能力较强,试样的应变幅值较小,孔隙水压力几乎呈单调上升,该阶段孔压仅有很小的波动,且动应变幅值几乎不发生变化。随后孔压发展进入加速阶段,试样软化明显。在循环加载过程中,剪缩与剪胀交替出现,孔隙水压力产生较大的波动,试样软化会使得剪应变持续增加,同时试样的剪胀反应又使每一循环中试样的液化趋势减弱,变形发展受到抑制。     

饱和大厚度砂土地基中长短碎石桩屏蔽效应及其抗液化评价

针对阿喀公路AK-3标段饱和大厚度砂土地基存在的地震液化问题,虽然工程中采用强夯法处理但抗液化检测表明并不能解决地基液化。碎石桩是一种有效的地基液化处理措施,但采用经济的长短碎石桩在处理饱和大厚度砂土地基中抗液化性能评价的相关研究较少。本研究提出了经济、合理的长短碎石桩加固大厚度砂土地基的方案,基于弹塑性动力固结理论和三维动力固结有限元程序FEMEPDYN,对比分析了天然地基和长短碎石桩加固地基的震陷、动孔压分布及超静孔压比。研究结果表明,采用长短碎石桩加固处理后的饱和大厚度砂土地基震陷降低了86. 7%,动孔压降低了89. 3%,超静孔压比降低了89. 5%,路基两侧长碎石桩对地震波传播具有一定的屏蔽效应。长短碎石桩加固方案对砂土地基抗液化效果明显,长短碎石桩处理饱和大厚度砂土地基是一种经济有效的处理措施。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

可液化地基中隧道上浮的模型试验研究∗

地下隧道在修建过程中不可避免会穿越可液化地层,在地震作用下会发生砂土液化从而导致结构破坏。以安徽省亳州市汤王大道过河隧道工程为背景,采用室内振动台试验进行缩尺模型的设计与研究,分析地基土体与隧道结构的振动液化响应规律,研究过河隧道工程在地震液化时的上浮变形机理。结果表明：上层土体达到液化时会较下层延迟1.5 s 左右,表明上部土体抗剪强度的衰减比下部土体更加明显;土体深度越大,超静孔压上升越快,且峰值越高;振动开始时由于下层土体先液化,会导致一定的向下位移,之后由于浮应力大于有效承载力导致隧道逐渐上浮并趋于稳定,当振动结束后位移的上浮量为8.9 mm。     

液化对砂土场地地表加速度响应的影响

在饱和砂土场地振动过程中,孔隙水的发展会影响土体的有效应力和土骨架对地震波的传播。采用离心机动力试验和数值分析手段对不同强度振动作用下的砂土场地响应进行了研究,并利用观测和计算结果对现行液化评估简化方法进行了分析验证。结果表明:当振动强度较大时,土体的液化将导致加速度急剧衰减;采用完全耦合分析能再现超静孔压的发展和液化对加速度传播的影响,但总应力分析严重高估了地表的加速度;应用简化方法进行液化评估时,确定地表处水平加速度峰值应考虑场地对地震波的放大效应,但应忽略超静孔压的影响。     

循环荷载下饱和软黏土振后强度弱化研究

本文以宁波轨道交通淤泥质黏土为对象进行动、静三轴试验,探讨了不同围压、静偏应力、动应力作用下淤泥质黏土振后强度弱化规律和不排水剪有效应力路径发展规律,获得了土的强度弱化参数,结果表明:与常规不排水三轴剪切试验结果相比,振后孔压发展曲线表现出超固结土的特性,出现剪胀现象,动应力比、初始静偏应力比越大,越为明显;振后孔压累积,有效应力减小,抗剪强度随静偏应力的增大而减小,建立的u/σ3～qsd/qs线性表达式可较好地描述土的强度弱化比-归一化孔压之间的关系;随着静偏应力的增大,应力路径曲线而向左偏移,研究结果为轨道交通的动力设计提供了参考。     

碎石桩加固饱和粉土地基的抗液化特性

除饱和砂土液化外,饱和粉土地震液化问题也是岩土地震工程中一个重要的研究课题.饱和粉土地基的地震液化及变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一.碎石桩复合地基的抗液化效应,主要是增加桩周土体的密度、利于桩体的排水以及由桩体分担地震水平剪应力(桩体减震作用).但由于粉土的土质特性,粉土-碎石桩复合地基的抗...     

滨海核电厂取水口堤头地基三维地震响应分析

以某核电站海域工程取水明渠导流堤为背景,研究取水明渠堤头在地震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取水明渠堤头结构的安全性。采用MIDAS/GTS NX TO FLAC3D的建模方法,结合PL-Finn液化后大变形本构模型,通过FLAC3D有限差分程序开展动力响应数值模拟。计算结果表明:砂土液化后发生流动使导流堤结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大;与基底输入地震动相比,在堤头结构顶部水平和竖直加速度放大2-3倍,且越靠近堤头顶部处加速度呈现出明显放大效应。综合判断地震产生的永久变形不至于使堤头结构向海侧滑移,不会影响到核电厂安全用水。本文研究成果可为类似项目抗震设计提供参考。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

我国近20年11次地震的土壤液化灾害回顾北大核心CSCD

土壤液化是地震灾害的主要原因之一。液化通常指地震引起的粒状土超静孔压增长及随后的软化现象。近年地震液化灾害在全球呈上升趋势。本文回顾了我国2003年新疆M_(s)6.8级巴楚地震、2005年M_(s)5.7级九江地震、2008年M_(s)8.0级汶川地震、2010年M_(s)7.1级玉树地震、2011年M_(s)5.8级盈江地震、2014年M_(s)6.6级景谷地震、2015年M_(s)6.5级皮山地震、2016年M_(s)6.7级高雄地震、2016年M_(s)6.7级阿克陶地震、2018年M_(s)5.7级松原地震及2020年M_(s)6.4级伽师地震的典型液化现象及其地表特征,总结液化导致的地质灾害及其诱因,完善我国地震液化数据库。主要结论如下:(1)土壤液化主要沿等震线长轴方向分布,特别在河谷、湿地、堤坝及农田等高地下水位区易产生地震液化现象。液化迹象表现为地表喷水冒砂、地裂缝、塌陷、不均匀沉降等宏观现象;(2)沉积物喷出地表迹象包括单个砂孔、串状砂孔、线状砂孔、喷水冒砂条带等形式,泥水喷出物携裹黏土、粉土、砂土,砂砾,甚至卵石,导致校园操场/广场、农田、水井、管道和河道等破坏;(3)液化常导致路面、堤坝等开裂,路面裂缝多呈顺路向裂缝和路边裂缝,堤坝裂缝大多分布于坝顶及坝坡的纵向裂缝,呈剪切裂缝;(4)液化引起的地基沉降和侧移会导致浅基础建(构)筑物倾斜、变形甚至倒塌,挡土结构破坏,桥墩倾斜和移位,水利水电设施丧失功能;(5)汶川地震的液化场地在余震中发生二次液化现象,液化后土体抵抗再次液化的强度问题应予关注;(6)汶川地震及松原地震中发生低烈度区(Ⅵ烈度区)的土壤液化现象,汶川地震深层土壤液化、松原地震低水位土壤液化现象均超出现行规范规定的认识。     

GIS环境下大区域工程场地地震液化势的二维概率评价方法

用具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式来对大区域场地进行地震液化势二维概率评价;在GIS软件ArcGIS的支持下,将取样钻孔处的液化势评价结果等价于数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)中的高程,利用ArcGIS空间分析模块中的Kriging插值法估计大区域场地的地震液化范围。研究表明:将Kriging法应用于岩土工程地质特征的统计推断,有助于揭示勘探孔以外的地层信息,对于大区域场地地震液化范围的判别是一个较好的手段;利用ArcGIS空间分析模块中的Kriging法,通过已勘察点的信息(液化势)来估计未勘测点的土层液化势,能够较好地区划出场地地震液化势的空间分布特征。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用"土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪"对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1.0、1.5固结比和0.05、0.10、1.00 Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70%、28%的密砂和松砂进行了100、200、300 kPa围压和100 kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0.05 Hz变化到1.00 Hz时,液化强度相差达25%以上;动强度指标φd值随振动频率的增大而增大,最大相差12.2%;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。     

云南粉土的动力特性试验研究

粉土是一种具有特殊工程性质的土,由粉土液化引起的工程震陷造成的危害极大。根据云南粉土的室内共振柱试验,得到了归一化处理后的G/Gm ax~γ/rγ和D~γ曲线,并运用修正后的双曲线模型进行了拟合分析。根据室内振动三轴试验,得出不同固结比和不同固结压力下的土的动强度与振动次数的试验曲线,发现动强度与破坏振次间符合较好的乘幂关系,动强度与固结比之间符合较好的二次抛物线关系;分析不同围压下孔压与破坏振次的试验曲线规律,发现可以用指数函数进行拟合。结果可供该类土的动力特性研究参考。     

海底土层地震液化破坏研究综述

地震液化可引起海底倾斜土层的失稳和变形,影响海洋工程结构的使用和安全。通过海底液化的震害实例,分析了海底土层液化震害的特点,对地震液化和液化后土层侧移的研究方法进行了简要介绍和评述,指出了目前海底地震液化及侧移破坏研究存在的不足和亟待解决的问题。     

用液化度概念评价岩土结构地震液化变形的探讨

地震液化研究的核心是变形。在很多情况下地基虽未达到完全液化,然而饱和砂土由于超静水压的上升而造成的软化,使得地基及其上部结构发生较大变形。由于工程设计人员很难预测变形大小,因此引入液化度概念来间接表征岩土结构的变形。针对目前液化程度评价方法的缺点,给出采用液化度概念的原由,对液化度的概念进行了明确的定义并给出其计算方法。接着,通过分析1995年日本阪神大地震中沉箱结构液化变形,例证液化度评价岩土结构变形的重要意义。最后,提出用液化度评价岩土结构变形的研究思路,分析不同影响因素并建立它们之间经验的函数关系,提出工程设计中可通过不同影响因素的组合来优化地基处理范围,达到经济合理的效果。     

粉土动力特性研究综述

粉土是一种具有特殊工程性质的土,粉土中砂粒、粉粒、粘粒都存在,这3种粒种分别具有不同的性质。总结这3种粒种对粉土动模量和阻尼的影响,得到了粉土模量阻尼的表达式以及粉土动力特性符合土体非线性和滞后性的一般规律。液化是一种特殊的强度问题,国内外预测液化可能性的方法主要有经验法、剪切波速法、Seed法、有限元法等。室内研究主要集中在粉土动力特性试验研究上,研究了各种因素影响下粉土液化特性,包括3种不同的粒种对粉土液化特性的影响,尤其是粘粒含量影响下粉土液化特性。粉土的动孔压响应与砂土有很大区别,这也可以用粉土特殊的颗粒结构组成来分析。最后,分析了粉土液化机理,并对粉土进一步研究提出了几点看法。     

Damage to structures due to liquefaction in the Japan Sea earthquake of 1983

A strong earthquake of magnitude of 7.7 hit the northeast part of Japan on 26th May 1983. Because 100 persons were killed by tsunami, the disaster created a sensation throughout Japan, but there was also a large amount of damage to structures due to the earthquake. Highways, railways, bridges, harbours, levees and private houses were damaged severely in Aomori and Akita prefectures. A great portion of the damage was caused by liquefaction of sand.
This is a prompt report of earthquake damage to structures due to liquefaction. The paper describes general aspects of the damage to structures, with some typical examples are mentioned in more detail. Preliminary results of investigation after the earthquake are also presented to describe the liquefaction phenomena in the earthquake.     

国内外液化砂砾土土性对比分析

砂土液化问题的研究特别是砂土液化的判别目前已经取得了较大的进展,并在国内外现行的规范中充分反映,而砂砾土由于颗粒大、透水性好,普遍认为地震时孔压不至于上升至液化的程度,往往将其划分为非液化土类。通过调查汶川地震砂砾土液化情况以及勘察试验获取其土性资料,对比分析了国内外液化砂砾土的地质背景及土性特征。主要认识为:①以往国内外砂砾土液化实例虽然有限,但已经表明松散-稍密的砂砾土在一定的地震强度下仍有可能发生液化,而2008年汶川地震中的大量砂砾土液化的事实,说明笼统地将砂砾土划归为非液化土类的做法有误;②汶川地震液化砂砾土的颗粒级配范围涵盖了国内外其他地震的颗粒级配,研究汶川地震的砂砾土液化问题具有代表性和普遍性,以此建立的砂砾土液化评价方法在国际上应具有通用性。     

基于GIS的2.5维场地地震液化势概率评价

用具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式对2.5维工程场地进行了地震液化势概率评价,通过Kriging法对目标场地区域进行空间插值,可以对大区域工程场地的液化深度和液化范围进行分析评价;采用不规则三角网表面和四面体综合法共同描述地质体模型,在GIS的3维分析模块支持下建立了液化势可视化模型。研究表明:Kriging法通过已勘测点的土层地震液化势来估计未勘测点的土层地震液化势,能够较好地区划出场地地震液化势的空间分布特征,并对待估点进行预测;利用GIS的3维分析模块,实现2.5维场地地震液化势可视化模型的建立是一条有效的技术路线。     

南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂的抗液化性能试验研究

南京粉质粘土与粉砂互层土为粉质粘土与粉细砂交互沉积,呈现“千层饼”状外貌;南京粉细砂是一种以片状颗粒成分为主的粉细砂,与通常的圆形颗粒石英砂有一定区别,片状颗粒成分使得南京粉细砂具有各向异性的性质。通过南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂对比液化试验,对其试验成果进行分析,从中发现:无论是偏压固结还是均压团结,当固结压力α_2=100 kPa时,南京粉质粘土与粉砂互层土的液化剪应力比比南京粉细砂的大得多;而当固结压力α_2=200kPa时,两种土的液化剪应力比相当接近。因而,对于重大工程应该慎重考虑它们的液化可能性。