“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

考虑超孔隙水压力的桩土界面直剪试验研究

采用大型恒刚度直剪仪,系统研究超孔隙水压力对黏性土中桩土界面剪切性能的影响。根据制定的测试超孔隙水压力方案,对4个粗糙度等级(混凝土表面锯齿状峰谷距为0、2、4、6mm)的不同含水率黏性土中桩土界面在不同剪切速率下进行剪切试验。针对界面粗糙度、黏性土含水率、剪切速率3个变化参数对界面抗剪强度的影响进行分析。结果表明：界面粗糙度越大,界面超孔隙水压力越小,有效法向应力越大,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性越大,桩土界面抗剪强度越大;黏性土含水率越大,界面超孔隙水压力越大,有效法向应力越小,黏性土颗粒与混凝土表面吸附性不能完全发挥,桩土界面抗剪强度反而减小;在剪切速率0.4~1.0mm/min范围内,剪切速率越大,界面超孔隙水压力增幅较小,有效法向应力变化不大,桩土界面抗剪强度虽有减小,但不同剪切速率下超孔隙水压力对桩土界面抗剪强度的影响不明显。     

基于桩-土界面直剪试验的黏性土超孔隙水压力变化规律研究

利用大型恒刚度直剪仪在不同的界面粗糙度和剪切速率试验条件下,施加法向应力25、50、100、150kPa,基于黏性土中桩-土界面直剪试验研究了桩-土界面超孔隙水压力变化规律.研究结果表明:剪切前超孔隙水压力受法向应力的影响,法向应力越大,超孔隙水压力越大;桩-土界面剪切过程随着法向应力的增大,超孔隙水压力逐渐增大,在高法向应力下超孔隙水压力增幅减小;界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力产生交互影响,在不同应力水平下界面粗糙度和剪切速率对超孔隙水压力也有不同的影响效果,高法向应力水平下随界面粗糙度和剪切速率增大超孔隙水压力增幅小于10%,低法向应力水平下增幅可达30%.因此不可以忽略界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力的影响.     

无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究

采用自主研发的可视化试验装置,参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验,研究典型滑坡型泥石流形成的宏细观机理。根据现场试验的颗粒级配和重力比,用粉砂和细砂按比例配制土样进行20g加速度下的离心机试验。利用高清数码成像设备和细观结构分析软件Geodip分别从宏观和细观角度分析了滑坡型泥石流的形成模式和水土作用机理。研究结果表明：离心机模型试验较好地重现了现场试验现象,滑坡型泥石流的形成模式为自坡脚逐渐向上分块坍塌的倒退式块体滑动。滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移,引起孔隙水压力升高并形成底部渗流,造成坡体发生抗剪强度破坏形成泥石流。     

“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

易贡远程高速滑坡形成原因试验探索

 针对易贡远程高速滑坡的高速、长距离等特点,结合环剪试验可模拟大位移剪切的特点,通过不同剪切速率下环剪试验以及排水和不排水条件下的对比环剪试验分析易贡远程高速滑坡的形成原因。结果表明,高速剪切使孔隙水压力不能及时消散,剪切过程引发孔隙水向剪切面运移,剪切面土体含水量和细粒含量明显高于剪切面上下层土体,以致剪切面液化。不排水剪切条件下的有效内摩擦角比排水剪切大幅降低,初步揭示了剪切速度越高,土体强度越低,两者交互作用的滑坡加速促进原因。     

滑坡转化泥石流起动的人工降雨试验研究

滑坡转化泥石流起动的人工降雨试验研究是把握滑坡转化泥石流过程和机制的重要研究手段。选择泥石流典型流域——云南蒋家沟上游泥石流形成源地的弯房子和下游泥石流堆积地的大凹子沟口分别进行野外人工降雨原型试验。通过对全流域泥石流形成背景的考察来确定典型坡度、土体特征和植被条件等因素，从而选定试验地点。共实施了8场野外人工降雨下滑坡转化泥石流起动试验。采用国内外较为先进的试验设备和观测手段，实时监测了试验过程中土体特征参数的变化，包括土体水势、体积含水量、孔隙水压力和温度等，并录相观测试验过程中发生的现象。通过初步分析发现，泥石流宽级配砾石土具有以下特征：（1）在强降雨下，滑坡转化泥石流的起动机制是振动软化或液化；（2）土体破坏时可能处于饱和状态，也可能处于非饱和状态，试验结果并不支持饱和液化机制；（3）在泥石流源地试验时，部分试验的水势曲线在下降过程中表现出短时间的剧烈波动现象，表明土体破坏过程中存在土体强度的降低和恢复的交替过程：（4）土体破坏过程中存在能量交换；（5）在强降雨下，滑坡启动与泥石流形成是一个连续过程，土体破坏过程中表现出了泥石流的特征。     

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

大光包滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其滑带地质背景为埋深400 m的饱水层间构造破碎带。为研究强震过程该带间隙水压力(孔隙和裂隙水压力)响应特征,设计夹饱水软弱层地质体单元模型,并开展系列振动台试验,结果表明:振动过程软弱层超间隙水压力显著大于上下硬层,且具有瞬态生成和逐渐累积特性,进一步揭示依赖模型非协调变形的"振动冲压-拉张"和"振动剪切"是瞬态超间隙水压力成因、依赖软弱层非协调变形的动力损伤是超间隙水压力累积成因,从而建立了垂直和水平振动耦合作用下包含间隙水压力系数r_w和间隙水压力作用的有效面积系数h的地震滑坡滑带有效应力模型。对于大光包滑坡,滑带h估测范围为0.7~0.9,当r_w为0.73~1.04时滑带抗剪强度可降为0;振动台试验表明,汶川强震过程大光包滑坡区地震动参数可使r_w达到这一水平。最后,提出大光包滑坡启动的"强震作用-层间错动带控滑-动力非协调变形致损、扩容-超间隙水压力激发-滑坡启动"演化过程机制。     

饱和粉土液化及液化后力学特性试验研究

对饱和粉土进行了一系列动三轴液化及液化后试验,即进行饱和粉土液化试验及在饱和粉土液化后孔隙水压力进行了不同程度消散后,再进行三轴剪切试验。探讨了饱和粉土的液化特性以及液化后孔压消散程度对液化后粉土力学特性的影响规律。试验结果表明:饱和粉土的抗液化强度随着所施加动应力幅值的增大而减小;液化后饱和粉土孔压消散程度越大(即再固结程度越大),则液化后粉土的不排水抗剪强度越大,其应力应变关系曲线表现为应变硬化型,土体的切线模量随着应变的增大而减小;液化后粉土的孔压进行了不同程度消散后,再进行的三轴剪切试验中应力应变关系呈对数曲线关系。     

主应力轴旋转下(b=0.5)原状软黏土孔压特性

采用浙江大学空心圆柱扭剪仪(ZJU-HCA),对杭州原状软黏土进行固结不排水主应力轴旋转试验,探讨剪应力变化、初始剪应力水平高低及主应力轴正向和逆向旋转对黏土孔隙水压力(简称孔压)发展的影响。试验中保持平均主应力不变,中主应力系数b=0.5。试验结果表明:定向剪切产生的孔压主要受剪应力控制;用双重屈服面理论得到孔压系数,结合孔压线性拟合结果发现,若初始剪应力低于峰值剪应力,体积屈服面函数不受主应力轴旋转影响;若初始剪应力接近峰值剪应力,主应力轴开始旋转时的孔压上升速率相对较高,但后期孔压反而会下降;纯主应力轴旋转过程中的孔压上升速率主要受初始剪应力大小控制。主应力轴正向旋转较逆向旋转产生的孔压小;主应力轴逆向旋转相对正向旋转对整个剪切过程的孔压发展有较大影响。     

Rapid pile load tests in the geotechnical centrifuge

Centrifuge experiments were conducted to learn about the factors that affect mobilised resistance during rapid load testing of piles in sand. We studied the influence of pore water pressure during rapid load tests and its effect on the widely used unloading point method to derive static pile capacity. This paper describes the testing programme and the test set-up. We present typical measurement results from a total of 36 rapid and 12 static load tests, as well as the effects of the loading rate and excess pore pressures on pile resistance. The tests confirm that a rapid load test can overestimate static capacity due to pore water pressure when testing piles in medium to fine sands. The results of the pore pressure measurements show a combination of positive and negative excess pore pressure in the zone around the pile base, which can be explained by compression, volumetric behaviour during shearing and pore fluid flow around the pile.     

初始剪应力与加荷速率耦合作用下饱和软黏土 强度特性试验研究

 对杭州饱和软黏土的不排水三轴压缩试验的静力特性进行研究。重点分析加荷速率与初始剪应力的耦合作用对杭州软黏土静力特性的影响。研究结果表明：随着初始剪应力的增加,土样的总强度增加,但抗剪强度减少;初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达60%;土样的孔隙水压力表现为降低的趋势,初始剪应力为60 kPa时,衰减幅度可达50%。随着加荷速率的增加,土样的强度有所提高;孔隙水压力随之降低。当不存在初始剪应力时,应力–应变关系表现为硬化型曲线;当存在初始剪应力时,随着初始剪应力的增加,应力–应变关系曲线向软化型曲线发展。通过引入量纲一的峰值剪应力参数s与峰值孔隙水压力参数 对加荷速率与初始剪应力耦合作用下土体的峰值强度与孔隙水压力变化规律进行描述。该参数综合反映了初始剪应力与有效围压的影响。归一化后的结果表明：随着量纲一的应变率增加,s增加, 减少。在半对数坐标下,s, 分别与量纲一的应变率呈直线关系,并且随着初始剪应力的增加,s与 变化并不显著。     

大型高速滑坡启程流体动力学机理研究

大型高速滑坡在启程活动阶段中，由于锁固段突然被剪断，高度集中的剪应力突然被释放，常出现孔隙水压力突然增大；同时，饱水的滑带由于强烈的高速摩擦，使滑面附近产生高温，并使滑带水突然汽化，产生巨大的水汽化压力；孔隙水压力与水汽化压力耦合，使作用在滑面上有效应力减小。这两种流体动力学现象是大型高速滑坡产生启程剧滑的重要原因。通过三轴剪切试验，探讨了滑带孔隙水压力与剪切速率的关系，导出了大型高速滑坡启程活动阶段滑带孔隙水压力的计算公式。详细地研究了大型高速滑坡启程活动阶段滑面瞬态温度场的变化规律，导出了滑面温度变化的方程式，计算了云南头寨沟滑坡启程活动阶段由于强烈高速摩擦产生热量的传导深度，进一步对该滑坡启程活动阶段滑带孔隙水汽化效应进行了研究。     

前期动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响

 低塑性粉土广泛存在于世界范围内,在地震中容易产生液化现象,然而一些基础设施破坏不仅见于地震中也发生在地震后,这就决定了研究低塑性粉土震后行为的必要性。以美国中部密西西比河沿岸低塑性粉土为试验材料,研究动载对低塑性粉土静态和动态强度的影响。在动三轴仪上对试样施加动载引起超孔隙水压力,排水重固结后,分别对2组震动后试样进行静态和动态三轴强度试验。试验结果表明,当液化水平小于0.70时,前期动载对粉土的不排水剪切强度影响不大;相反地,只有当液化水平大于0.70,密西西比河沿岸粉土的震后重固结体积应变和不排水剪切强度才伴随着液化水平的提高显著增加,但相对于砂土而言,重固结体积应变在较低的液化水平时即有明显增加。与前期动载对不排水剪切强度的影响不同,当动载所引起的液化水平为0.35或轴向应变为0.2%时,抗液化强度达到最大值,若液化水平大于0.35,抗液化强度伴随液化水平提高而降低。如果前期荷载引起较大的压应变,在重固结后第二次动载循环中,轴向压力相比轴向拉力引起较小的超孔隙水压力。     

剪胀性砂土地震后流滑的机理和模拟

不均匀地层中超静孔压的扩散、重分布过程会导致孔隙水集中渗流累积至局部区域,导致该区域土体强制吸水,从而引发剪胀性砂土边坡地震后侧向流动变形甚至失稳。通过分析边坡流动变形过程中砂土的应力路径特征及强制吸水条件下的体变平衡条件,指出预测剪胀性砂土边坡流动变形的关键是描述砂土保持常剪应力和当前峰值应力比时的剪胀特性和震后再固结体变特性。通过常偏应力下的三轴剪切吸水试验,观察了砂土在流动变形过程中的吸水量与剪应变发展的关系,给出了基于强制吸水体变预测流动剪应变的状态剪胀模型。基于剪切后再固结试验,得出了再固结体变的变化规律和数学描述。基于所提出的机制和数学描述,给出了基于有限差分法的边坡流动变形发展过程直至失稳破坏的模拟方法。     

Solutions for a completely saturated porous elastic solid with impeded boundaries

Analytical solutions are presented for the consolidation of a semi-infinite stratum and a finite soil layer with an impeding layer located on the surface subjected to a vertical point loading. The Laplace transform and the Hankel transform are used with respect to time and the radial coordinate, respectively. Solutions of other distributed loadings, including the circular loading, can be easily obtained by integrating those of the point loading. The consolidation degree, excess pore water pressure, vertical total stress, and the shear stress of the consolidating layer are analyzed in this study. The consolidation rate decreases with the increase in the thickness of the impeding layer. Stresses of the consolidating layer vary during the consolidation due to the coupling of the excess pore water dissipation and the soil skeleton deformation. Further, the Mandel-Cryer effect is also analyzed in this study.     

A Modified Procedure to Evaluate Earthquake-Induced Displacement of Slopes Containing a Weak Layer

A procedure based on the Janbu method for slope stability analysis and Newmark's sliding block method for displacement calculation is proposed to evaluate rationally the earthquake-induced displacement of slopes containing a weak layer. In the procedure, the effects of the irregular geometry of the sliding plane and generation of excess pore water pressure in the weak layer which forms partly the sliding plane are considered. In the computation following the proposed procedure, a negative yield seismic coefficient to induce a safety factor of unity can be obtained because of the effect of excess pore water pressure, while the residual displacement can become a finite value because the sliding plane becomes flatter in general after the slope undergoes a large displacement.