基于基本物理指标的饱和砂类土液化评价方法的通用性∗

基于基本物理指标的饱和砂类土液化评价方法,包括等效骨架孔隙比的确定及液化强度参数预测公式,理论上已经被证实是有效的,但其通用性和敏感性尚需检验。通过独立试验数据,验证该液化评价方法的适用性和可靠性,分析试样尺寸、制样方法、液化判别标准、测试方法以及试验人员熟练程度等因素对预测准确性的影响,并探讨细粒影响系数b值确定方法对拟合参数及预测误差的影响。结果表明:基于基本物理指标的饱和砂类土液化评价方法适用于不同地域的砂类土的液化评价;试验条件差异略微增大评价方法的预测误差,但液化强度最大预测误差小于21%,且有50%的液化强度预测误差小于10%。b值的确定方法对液化强度预测的准确性影响较小,呈现出较低敏感性。     

海上风电平台地基土工程力学特性试验研究∗

我国东部沿海地区沉积环境复杂多变,海上风电平台地基土性质软弱、复杂,与陆域土相比有较大差异。为系统研究海洋地基土工程力学特性,对江苏海域代表性扰动原状海洋土开展实验室基础土工试验、弯曲元试验及不排水三轴剪切试验,测定海域粉土及粉质黏土的物理力学性质,系统分析基本物理指标与扰动海洋原状土不排水剪切强度及剪切波速的相关性。试验发现：海洋粉土和粉质黏土的剪切波速 V_s均随深度 H 的增大呈线性增大, 但粉土 V_s随 H 增大的增长速率明显大于粉质黏土;粉质黏土及粉土的呈现两种不同的应力-应变发展模式：应变硬化型和应变软化型,粉质黏土和粉土的不排水剪切强度 S_d整体随 H 均增加呈增加趋势,但是没有表现出明显的单一相关性。孔隙比 e 的增大会促使两种土的 S_d的降低,且 S_d与 e 两者均有单一相关性;基于扰动原状土室内单元试验建立的 S_d与 V_s的关系,建立基于现场剪切波速的当前地层条件下未扰动原状土的不排水强度特性评价方法, 但对于低含水率的粉质黏土,该方法略有保守。     

细粒含量对饱和砂土流动性影响的试验研究

开展了不同细粒含量饱和砂土的不排水循环三轴试验,基于已有饱和砂土流动性的概念,详细分析了不同细粒含量饱和砂土应力—应变率曲线、流动性曲线以及平均流动系数—孔压比关系曲线特征。讨论了细粒含量对饱和砂土流动性影响的主要规律。结果表明:不同细粒含量饱和砂土在循环荷载下具有相似的流动性演变规律和过程;循环荷载下饱和砂土的流动性与土体的颗粒级配密切相关;试样细粒含量在0%~20%时,其流动性与细粒含量关系近似呈上凸抛物线形;当细粒含量为10%时,饱和砂土对应初始流体状态的孔压比最小,"初始液化"前后的流动性水平最为显著。     

板锚在双层黏土中埋深损失的大变形有限元分析∗

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚（SEPLA）在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉?拉格朗日（CEL）法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验证模型的有效性。在板锚初始埋深不变的情况下,考察不同系缆点距上下层土体分界线距离（d）及强度比（s_u1/s_u2 ）对板锚在双层黏土中埋深损失的影响,通过分析板锚周围土体的流动机制,明确了锚在双层黏土中埋深损失增大的原因,并建立起板锚埋深损失经验公式。结果表明,在 s_u1/s_u2＜1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,并存在一极大值 ΔZ_max,该极值比板锚在下层均质土中埋深损失大 74.2% ~ 81.1%,在工程中较为危险;在 s_u1/s_u2＞1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失逐渐减小;d≤ -0.5B 与 d≥1B 时,板锚的旋转过程分别仅受上层土体与下层土体的影响。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

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。     

伶仃洋海域土剪切波速预测方法研究∗

海床土体剪切波速（V_s ）是确定海床场地设计地震动参数及土?海洋工程结构体系动力分析所必须的一个基本的土动力参数。结合某伶仃洋跨海通道海床钻孔实测 V_s剖面,基于目前现有的研究成果,分别采用线性模型、二次多项式模型、幂函数模型和对数函数模型对比分析了陆域土 V_s与深度 H 的经验关系式对该海域土 V_s的适用性, 得出结论如下：V_s?H 关系的二次多项式模型适用于该海域砂类土（粗砂、细砂、粉砂）V_s的预测,V_s均随 H 的增大而增大;现存的陆域土 V_s?H 关系不适用于该海域黏性土（粉质黏土夹砂、粉质黏土）V_s的预测。引入土的密度 ρ 作为另一变量,建立了基于双变量 H 和 ρ 的海域黏性土 V_s的预测模型。此外,该海域淤泥和淤泥质土由于埋深较浅、土质柔软,其 V_s与 H 无明显的相关性。该成果可为伶仃洋海域工程建设中海床土体 V_s的确定提供科学的预测依据。     

复杂应力路径下饱和粉土孔压与变形试验研究

为了研究均等固结条件下复杂应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土孔压和变形的影响,利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验。采用累积广义剪应变γg来描述粉土在复杂应力路径下的变形,并以γg=5%为液化破坏标准。研究表明:(1)未液化粉土γg的发展趋势可以通过修正Monismith模型较好地表示,模型得到的预测值与测量值的误差大致在10%以内。(2)当CSR≤0. 05时,CSR和δ对于粉土γg随孔压比ru增大而增大的影响不明显,此时粉土γg几乎不发展且ru远小于1. 0。(3)粉土在不同应力路径下的临界循环应力比CSRth有所不同,当δ=1时,0. 05 CSRth≤0. 065;δ=2时,0. 065 CSRth≤0. 08;δ=4时,试验粉土均不会液化。     

墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力分析

针对墙后填土液化前后对挡土结构物总压力的变化情况进行了分析。墙后填土液化后孔隙水压力升高、有效应力降低,土颗粒处于悬浮状态,此时不存在土压力。由于液化后墙后填土呈现出粘性流体的性质,其对挡土结构物的作用力等同于以土体饱和重度γsat为重度的粘性流体以各方向相同的力作用在挡土结构物上,因此液化后挡土结构物上的总压力明显增大,工程中应予以重视。计算结果表明:随着地下水位的下降,墙后填土液化前、后对挡土结构物的总压力均逐渐减小,但液化后与液化前的总压力比值呈先增大后减小的变化趋势;随着静止土压力系数K0的增大,墙后填土液化前后对挡土结构物的总压力逐渐增大(完全浸水情况下,液化后的总压力不随静止土压力系数K0的变化而变化),但液化前的总压力增长更快,故液化后与液化前总压力的比值呈减小的趋势。     

中线法堆坝尾矿料的动力特性实验研究

以云南迪庆羊拉铜矿的尾矿料为研究对象,通过大量动力三轴试验,研究了中线法堆坝工艺所要求的不同粗粒含量尾矿砂的动力液化特性。结果表明,粗粒含量对尾矿砂的动力特性具有重要影响,粗粒含量变化与尾矿料动应变和动孔压变化特性之间存在紧密的相关性,随着粗粒含量的增加,尾矿砂动强度总体上呈增大趋势;动孔压的增长特性也具有类似规律,但三者在动应变达到5%时,其值均远小于围压。动应力对动应变影响显著,应力幅值越大,达到破坏标准的振次越少;动强度则随着固结压力增加而增大;而固结比Kc对动强度的影响不是单一的增大或减小,Kc=1.5时,其动强度比Kc=1.0,2.0的都大。试验同时表明,粒径组成粗细兼顾,级配良好的尾矿砂通常比粒径单一的粗尾砂具更好的抗液化性能,在通过提高粗粒含量来增大尾矿砂抗震性能时,还应考虑颗粒级配特性的影响。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性,利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性;以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下,T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响;T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性;(2) 基岩地震动高频丰富时,T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势;而基岩地震动低频较发育时,T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点;（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势,且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

土工格室防治坡面型泥石流启动机理研究

在降雨条件下进行有/无格室加筋的坡面型泥石流启动室内水槽试验,对比分析了细粒含量、启动现象、启动时间、位移场云图和含水率等参数的变化,总结了土工格室对不同级配砂土坡体的防护效果,揭示格室防治坡面型泥石流的启动机理。结果表明：格室防护能够有效改变坡面泥石流启动形态,延长启动时间。随细粒含量增加,坡面启动比线性减小,启动时间延长比呈抛物线变化;细粒含量适中（15%）时的延长作用减弱,细粒含量较大（15%～25%）时破坏方量会增大。格室具有蓄水、加筋及调配雨水入渗的作用,粗粒较多时减缓渗流;细粒较多时能够排水并减缓冲刷。格室对防治坡面型泥石流启动具有非常积极的作用,结合其他防治手段,可实现坡面泥石流的有效防治。     

蒙特卡洛法计算750kV输电线路绕击跳闸率的研究

利用GDS多功能三轴仪,通过控制土样应变增量比开展了饱和砂土部分排水三轴试验;利用超静孔隙水压力、有效应力路径和应力应变关系三方面的实验结果,研究了饱和砂土的渐近状态特性。研究表明,控制应变增量比为常数进行常规三轴加载时,饱和砂土的有效应力比也趋于某一常数,形成渐近状态,且渐近状态应力比随应变增量比的增大而减小。基于土的剪胀特性给出了渐近状态形成的物理机制,并给出了北京某砂土在部分排水条件下渐近状态应力比的试验结果。     

基于拟动力法抗滑桩加固非饱和土边坡稳定性分析∗

基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析改进水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,将传统塑性理论扩展至非饱和土中以考虑基质吸力对桩侧阻力的提升作用,与解析解对比验证了该方法的合理性。通过算例分析,揭示了吸力对非饱和土边坡稳定性及抗滑桩加固效果的强化作用,探究了非饱和土边坡的地震响应规律,研究了抗滑桩布设参数对支挡结构边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：吸力对边坡稳定性的提升效果可达 20% ~ 50%,吸力效应与地震动特性密切相关,在地震波达到峰值时显著增强;水平和竖向加速度系数以及土剪切模量对边坡地震稳定性影响较大;桩距 D₁/d_p ≤ 4 时,抗滑桩加固效果较为显著并随摩擦角的增加得到强化,抗滑桩最佳桩位位于边坡中上部,且随摩擦角的增加逐渐减小,对应的加固效果也有所降低。     

细粒含量对粉土液化特性影响的试验研究

采用动三轴仪进行粉土液化试验,研究了不同干密度、有效围压、粉粒含量及粘粒含量变化对饱和粉土液化特性的影响。试验结果表明:干密度增加,粉土动强度增加;不同有效围压对动强度的影响不大,其他条件相同时归一化的动强度比基本不变;粘粒含量和粉粒含量对粉土动强度有较大影响。粉土中粘粒含量变化对动强度的影响规律并不是单调变化的,而是在粘粒含量为8%时粉土动强度达到最小值;粉土中粉粒含量变化对动强度影响是单调线性关系,随着粉土中粉粒含量的增加,粉土动强度也线性增加。粉土中粘粒含量和粉土含量对其动强度的影响规律需从粉土的微观结构角度解释。     

统一模型下粘性土和砂性土液化特性数值研究

考虑到土体介质材料经历弹性卸载后即进入超固结状态,而其反过来又能影响土体的力学与抗液化特性,通过考虑超固结因素的影响,在统一下负荷面剑桥模型下对砂性土与粘性土的力学与抗液化特性进行了数值试验对比研究。结果表明,与粘性土相比,砂性土在加载过程中表现出更高的非线性特征与可压缩性,且在非排水加载下更容易引发屈服和液化。通过考虑土体超固结因素的影响以及不同土体条件下超固结比演化规律的差异,下负荷面剑桥模型在统一理论框架下很好的模拟出了砂性土与粘性土间力学与抗液化能力的差异。同时考虑到土体超固结状态与密实度间的关系,模型也从超固结状态的角度很好的解释了土体抗液化能力与相对密度的关系,且与液化试验实测结果取得了较高的一致性。     

橡胶颗粒土动剪模量与阻尼比的共振柱试验研究

废旧轮胎橡胶颗粒与砂土组成的橡胶颗粒土相比于纯砂而言,具有密度轻、弹性变形能力强、耗能大、剪切模量低等特点,可广泛应用于边坡、挡土墙和路基回填、桥台跳车治理以及建筑隔震减振等工程领域。通过共振柱试验,重点对比研究了橡胶含量、粒径及围压对混合土动剪切模量和等效阻尼比的影响规律。结果表明,小应变范围内,在围压和粒径相同时,随橡胶含量的增加,橡胶土动剪切模量减小,阻尼比增大,动剪模量比衰退变缓;含量和粒径相同时,围压增大,动剪模量增大,动剪模量比衰退变缓,阻尼比减小。在大应变幅值下,橡胶含量较低时,随着围压增大,动剪模量比衰退明显加快;而当橡胶含量较高时,围压对其影响与小应变范围相同;而围压与橡胶含量相同时,不同橡胶粒径的模量与阻尼比曲线非常接近。橡胶土的动剪模量与阻尼比主要受橡胶含量与固结围压影响,而粒径影响可忽略不计。     

SF6设备中分解产物分析研究

针对SF₆设备运行中出现的问题,对SF₆气体分解产物的含量情况进行分析研究,为SF₆设备的在线诊断分析提供可靠数据。结果表明:SF₆气体分解产物的含量分析结果可作为设备故障分析和状态检修的参考依据。     

盐蚀环境下微生物矿化岩土材料的冻融特性研究

基于MICP技术将松散砂粒改良成微生物矿化岩土材料,通过室内冻融循环实验,研究矿化材料在4种不同的冻融环境中的表观形貌、质量损失率、饱和含水率、无侧限抗压强度随冻融循环周期的变化规律,以及利用NMR测试手段分析材料的孔隙变化。结果表明:随着冻融周期增加,在4种冻融液中矿化材料均伴随剥落现象,无侧限抗压强度均呈逐渐减小趋势,质量的损失和饱和含水率的增加严重影响了材料的抗冻性能,且在5%Na₂SO₄溶液中矿化材料的粉化速度较快,质量损失最大,劣化速度最快,NMR图谱中弛豫时间大于200 ms的未冻水含量在冻融过程变化最大,是造成样本质量的损失和强度的破坏的主要原因;在去离子水溶液中样本的抗冻能力也较弱,次于Na₂SO₄溶液;在3%NaCl溶液和混合溶液中由于NaCl的存在降低材料的凝固点,使得材料的抗冻能力延长,此研究为微生物矿化岩土材料在寒冷地区的工程应用提供基础实验依据。     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。