剪切波速预测黄土场地震陷量的方法*

 根据黄土动力学试验及原位波速测试资料,给出了兰州地区黄土剪切波速和震陷性的统计关系,提出了利用土层剪切波速预测黄土场地上震陷量的方法,并对黄土场地在不同地震强度下的震陷量和永登地震黄土震陷进行了实例计算,结果表明,经含水量归一化处理后黄土的震陷量与其剪切波速及试验动应力之间的关系极为密切,可用于黄土场地上的震陷预测计算。     

黄土场地震陷与桩基负摩阻力现场试验研究

震陷是地基基础的主要震害形式,黄土震陷是黄土地震灾害的重要类型。目前,对黄土震陷的时域发展过程了解甚少,黄土震陷与土体结构强度之间的定量关系研究尚属空白,黄土场地震陷引发的桩基负摩阻力的基本特征仍待研究。黄土震陷相关研究的难点在于实际震例太少,现场试验是解决这一缺陷的有效手段,然而与此有关的现场试验研究工作或成果,鲜有文献报道。本文以微差爆破激发的场地强震动为基础,实施针对黄土场地震陷与桩基负摩阻力的现场试验研究。结合现场试验和与之配套的室内动三轴试验等数据,开展爆破模拟地震动作用下黄土场地地面运动特征、黄土震陷的场地分布特征与时域发展规律、黄土震陷数学统计模型与概率性预测方法、黄土震陷时桩基负摩阻力衍生特征与生成机制等诸项研究工作,取得了如下创新性成果:     

爆破模拟地震动条件下黄土场地震陷研究

通过现场爆破试验,对地震动诱发条件下黄土场地震陷的监测结果进行模拟,分析爆破模拟地震动导致的黄土场地震陷的分布、发展特征及其影响因素.监测期间,试坑内黄土震陷量最大值达33 mm,试坑周围场地黄土震陷量最大值为26 mm.受地貌因素等制约,试验场地的黄土震陷具有自南向北逐渐衰减的特征.研究结果表明,微差爆破后,试验场地震陷量即接近监测完结时黄土震陷量的50%.这说明,爆破模拟地震动能使黄土场地发生震陷,黄土震陷在爆破能量传播时会快速累积,而在爆破之后,场地土体还将经历一个相对缓慢的沉降过程.该试验对地震动作用下黄土场地震陷基本特征的研究和对室内试验与现场监测获得的震陷性之间差异的理解具有一定的指导意义;同时也可丰富经验性爆破地震动强度设计的理论.     

爆破场地黄土震陷空间分布特征研究

黄土震陷是广大黄土地区在进行工程建设时避免不了的一种主要地震灾害。许多年来,黄土震陷研究是以室内试验为主要手段,天然地震黄土震陷现象的例证与现场试验的研究较为罕见。在典型震陷性黄土场地通过爆破方法模拟实际地震动的现场试验能够直观地了解黄土震陷发生的真实过程和分布特征和影响因素。试验结果表明,较强的地震动可以诱发黄土震陷的发生;场地内黄土震陷的最大量值可达33 mm,最小值约为13 mm;通过分析场地内黄土震陷分布特征和地震动强度分布特征可知,地震动强度与频谱H/V值是影响黄土震陷的决定性因素,地形也对震陷分布具有一定的影响;因为离爆破点较近,场地下部土层沉降贡献率大于上部土层。     

基于含水率变化的黄土场地震陷评价预测

含水率变化对黄土的震陷特性有着重要影响,其影响变化规律对黄土场地震陷的评价和预测工作具有重要意义。通过开展一系列不同含水率条件下原状黄土的动三轴试验,分析了含水率变化对黄土震陷的影响变化规律,并借此给出采样黄土场地震陷性的评价结果和不同含水率条件下的震陷性预测结果。研究表明:震陷系数随动应力和土样含水率增加而增大,震陷临界动应力随含水率的增加而减小;不同性状黄土震陷性质差别较大,该场地土含水率≤5%时,在VII,VIII度地震作用下基本不发生震陷;含水率5%以后,在VIII度地震作用下将产生震陷灾害。     

黄土的动扭剪震陷特性试验研究

原状结构性黄土具有显著的动力易损性。地震作用下黄土的骨架结构遭到破坏,使得土骨架结构的颗粒重新排列而变得致密,土的架空孔隙结构塌陷,孔隙体积减小,宏观上表现为黄土产生震陷变形。通过西安原状黄土在不同含水率、不同固结围压条件下的动扭剪试验,表明不同含水率筒状黄土试样的轴向变形非线性累积增长,径向和环向变形近似等于零。测试分析了黄土在动扭剪过程中孔隙结构塌陷的累积体应变表征震陷性的震陷系数,以及动剪应力幅值、振次、含水率及固结围压对黄土震陷系数的影响。揭示黄土的震陷系数随动剪应力幅值、循环振次、固结围压和含水率的增大而增加,建立了黄土震陷系数与动剪应力、振次、固结围压和含水率之间的关系式,提出了黄土震陷变形预测的一种途径。     

黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明：黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。     

黄土震陷变形特征的细观分析*

 黄土在我国广泛分布,黄土的震陷性是黄土地区的主要灾害之一。本课题将黄土的震陷变形特征与微观结构特征有机地结合起来,分析土结构性在地震荷载作用下的变形破坏机理。通过电镜扫描分析手段,对Q3震陷性黄土的微结构特征、颗粒形态等进行了分析,探讨了中大孔隙对黄土震陷的影响,揭示了黄土的显微结构与震陷系数及震陷的临界动应力的关系。     

黄土场地震陷时桩基负摩阻力的现场试验研究

有关强震诱发黄土震陷时桩基负摩阻力的研究资料极少,其影响尚未能引入桩基设计之中。通过开展爆破模拟地震动诱发黄土震陷条件下桩基负摩阻力的现场观测试验,分析研究了强震引发黄土震陷时桩基负摩阻力的基本特征。本次现场试验在选定的黄土场地内布置试桩两根,每根试桩内按2 m间距对称植入钢筋应力计20个;地震动由15组炸药微差延时爆破模拟生成,试验场地布设地震计17个。现场试验期间,整个场地所有沉降观测点都产生了不同程度的震陷,最大震陷量达33 mm;桩基负摩阻力量值显著,桩身负摩阻力平均值达54 kPa,桩身总的负摩阻力约1654 kN。试验的观测结果表明,地震诱发黄土震陷时的桩基负摩阻力不容忽视,应当在桩基设计时加以考虑。     

土壤震陷试验研究

本文是笔者就土壤震陷特性所做的十几年试验研究的总结。文中讨论了关于土壤震陷的定义和影响因素。试验研究表明,主要影响因素有四个:动应力,初始固结压力,振动次数和土的类型。软土的震陷表现为残余变形的逐渐增大,砂性土的则表现出震陷突变特点。给出了能反映震陷特性的经验表达式,并把各土壤的震陷参数与土的物性指标,例如含水量、相对密度、压缩模量和剪切波速等建立了关系,供无试验资料时选用。     

黄土显微结构特征与震陷性

黄土的动力学性质与其微观结构有着密切的关系,而黄土显微结构特征因生成地质环境和应力历史的不同有较大差别,其中,架空孔隙的大小,颗粒粒径分布,颗粒类别均是黄土产生残余应变的主要内因,它们直接影响到黄土结构的力学稳定性。本文基于西安、宝鸡、山西、兰州、通渭、永登、会宁等地黄土的电镜照片,用图像处理软件获取相关参数,并将其与震陷系数进行对比分析研究,结果发现,架空孔隙面积,粒径偏斜度和粒径分布峰值与黄土震陷系数具有较好的相关性。为此,作者将架空孔隙面积与粒径偏斜度之和定义为表征黄土震陷性大小的“微结构特征参数”。进而结合对不同地区黄土孔隙排列方式、颗粒特点及其胶结程度等的分析,按照震陷性强弱提出了较为简单的黄土微结构分类方法。     

黄土震陷性的微观结构量化分析

基于数字扫描电镜获得的微观架空孔隙面积量化数据,结合相关原理,建立黄土震陷系数计算公式.通过对兰州、西安等地黄土的动三轴试验、微结构扫描电镜测试、试验与计算震陷系数的对比分析,论证对该公式所用主要参数--架空孔隙面积通过量化处理获取的可行性和公式的合理性与适用范围;通过对基于微观架空孔隙面积量化数据的黄土震陷系数计算公式的数学分析,提出黄土震陷过程中应力-应变发展的5个阶段,并从微观结构给出相应的物理解释,即认为黄土震陷是由于不同大小的架空孔隙不断破坏而导致的多个突变过程的最终宏观结果.     

福州地区软土震陷分析

福州地区发育多层软土,又属强震区,软土震陷对工程影响甚大,本文通过大量实测的剪切波速资料和土工试验资料,对福州城区分布的三层软土进行震陷判别与分析。     

黄土震陷性的微观结构量化分析

基于数字扫描电镜获得的微观架空孔隙面积量化数据,结合相关原理,建立黄土震陷系数计算公式。通过对兰州、西安等地黄土的动三轴试验、微结构扫描电镜测试、试验与计算震陷系数的对比分析,论证对该公式所用主要参数——架空孔隙面积通过量化处理获取的可行性和公式的合理性与适用范围;通过对基于微观架空孔隙面积量化数据的黄土震陷系数计算公式的数学分析,提出黄土震陷过程中应力–应变发展的5个阶段,并从微观结构给出相应的物理解释,即认为黄土震陷是由于不同大小的架空孔隙不断破坏而导致的多个突变过程的最终宏观结果。     

河津黄土地基湿陷变形试验研究

本文通过大量的室内外试验,包括三个大面积试坑浸水试验以及三个天然地基和强夯地基上的浸水载荷试验,详细讨论了黄土地基自重湿陷变形和外荷湿陷变形的规律;探讨了《湿陷性黄土地区建筑规范（TJ25-78）》中有关湿陷性黄土场地湿陷类型的评判方法;根据试坑浸水试验结果,认为原勘察报告对场地湿陷类型的判定有误,应为非自重湿陷性场地;在按计算自重湿陷量评判时,应乘以调整系数m₀;采用模糊数学方法,对自重湿陷敏感性进行了综合评判,并提出了评判指标β和分档标准,试验及计算简便,可靠度达90％以上;通过非线性有限元分析,湿陷量计算值与实测值还较接近。     

利用剪切波速进行地震液化判别浅析

当前场地液化判别主要采用标准贯入试验进行,但该方法的成果可靠性相对较差,结合北京地铁新机场线某工点勘察成果,对该地区地基土剪切波速与地震液化的关系进行了简要的分析与判别。结果证明剪切波速可用于该地区地震液化判别。     

强夯处理后黄土地基的动力特性与抗震性能*

 黄土不仅具有湿陷性,而且具有很高的地震易损性。本文通过强夯处理后黄土地基的动力本构模型、弹性模量、阻尼比、震陷性和液化势的试验研究以及波速和地脉动测试,定量评价了强夯处理对黄土地基抗震性能改善的效果,在此基础上,提出了将黄土地基震陷性与湿陷性进行一次性施工处理的技术标准。     

支持向量机多分类模型在软土震陷预测判别中的应用

本文根据软土震陷的5个主要影响因素,建立了基于多分类支持向量机的软土震陷模型。选取28组软土试验数据作为该模型的训练样本,建立了软土震陷类别与其影响因素间的非线性映射关系,然后对另外10组测试样本进行预测判别。将其预测的结果与基于径向基函数的人工神经网络预测结果进行对比,评判结果表明:该方法是十分有效的软土震陷预测判别方法,可为软土区域的工程建设的抗震设计提供借鉴与参考。     

潮间带原位剪切波速特性探讨及应用分析

探讨适用于近海及潮间带场区的剪切波速原位测试方法,针对黄海小洋口潮间带,进行剪切波速的原位测试,分析剪切波速的变化规律及其与土体参数的统计关系,并建立复合关系进行剪切波速预测分析,同时基于剪切波速测试成果进行应用分析。研究结果如下：通过经适性对比,近海及潮间带剪切波速测试采用单孔悬挂式方法较为适宜;剪切波速与测点深度呈相关性较好幂函数关系,按土层的统计关系分析,幂函数及其误差包络线基本反映了规律性;与土体物理力学参数的统计关系呈相关性较好幂函数或线性关系;基于测试资料,建立剪切波速 、孔隙比e、密度 及有效自重应力 的复合关系,通过计算对比分析,按此方法可以取得良好的剪切波速预测结果,亦可进行相关指标的预测分析;通过原位测试资料,进行场地土类划分对比、动参数规律性分析及地震液化判定分析,可为工程勘测、设计人员提供参考。     

黄土的结构屈服及湿陷变形的分析

黄土是一种典型的结构性土,其湿陷性是浸水后黄土结构破坏的反应。黄土的结构性可用构度指标定量地描述,它既包含了土的物质组成,还包含了不同沉积年代黄土的结构特征。加载和浸水均可引起黄土结构性衰减,加载结构性衰减可由一定含水率黄土的压缩结构屈服应力和压缩变形曲线表征;浸水结构性衰减可由浸水的压缩结构屈服应力减小和压缩变形曲线的变化表征。针对不同场地、不同沉积年代的Q_3黄土和Q_2黄土,依据不同含水率黄土的压缩曲线,分析了不同黄土构度指标与其压缩结构屈服应力之间的关系,以及黄土压缩变形过程中孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和压缩结构屈服应力比值对数之间的关系。表明不同沉积年代黄土的构度随其反映基本物性的综合物理特征量单调变化,压缩结构屈服应力与构度之间近似呈线性关系,压缩结构屈服前后的孔隙比比值和压缩应力比值对数之间服从近似一致的变化规律。建立了由黄土沉积年代和基本物性指标确定构度,进而确定压缩结构屈服应力;依据孔隙比比值与压缩应力比比值对数的关系,分别描述天然含水率黄土和浸水饱和黄土的压缩曲线;进而,确定饱和自重作用下黄土的自重湿陷系数,计算场地自重湿陷变形的评价方法。该方法应用于西安地区黄土场地自重湿陷评价,得到了与现场浸水试坑试验实测自重湿陷量比较一致的结果,论证了考虑黄土结构性的湿陷性评价方法的合理性和准确性,为建筑黄土地基湿陷变形和大厚度湿陷性黄土地下结构地基湿陷变形评价提供了一种新途径。