饱和砂土的剪切波速与抗液化强度相关性研究

依据扭剪振动原理,开发出剪切波速与振动三轴联合试验装置。进而针对取自20 多个工程场地、埋深在20 m 以内的12种大量原状砂土,分析了同一类土、在同一固结压力作用下,原状与重塑土样抗液化强度与其初始剪切波速之间的相关性。结果表明,当判别液化的应变标准不超过6%时,土的抗液化强度与其初始剪切波速之间存在良好的对应关系。当应变破坏标准超过6%,土的初始剪切波速与抗液化强度之间不具备唯一对应关系。     

含水量变化对红粘土变形和强度特性的影响研究

对击实后的红粘土土样在饱和前、饱和后进行了三轴剪切试验和无侧限抗压强度试验,研究其抗剪强度特征的变化规律。针对原状土样和重塑土样在脱湿或加湿过程中无侧限抗压强度的变化进行了研究。研究表明,在脱湿过程中,土体的抗剪强度逐渐增大,而且原状土的应力应变关系曲线一般呈应变软化的特点,而重塑土的应力应变关系曲线则一般呈现硬化的特点;在加湿过程中,原状土无侧限抗压强度峰值并不明显。分析表明,脱湿过程或加湿过程中土样强度随含水率的变化是显著的。     

结构性软土力学特性的试验研究

对扰动程度不同的原状样和重塑样分别进行单向固结试验和固结排水及不排水三轴剪切试验,研究结构性对上海软土的变形、强度特性的影响。压缩试验结果表明:结构性强的原状样具有明显的结构屈服应力,结构性一般的原状样,结构屈服应力不明显;原状样比重塑样具有更大的压缩指数Cc和膨胀指数Cs。剪切试验结果表明:相同固结压力下,结构性强的土样强度不仅低于结构性弱的土样强度,而且低于重塑样的强度。这是由剪切时土样的孔隙比差异造成的。若消除孔隙比的影响,则结构性将使原状样具有更高的强度,且结构性越强,土体强度越高。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视。为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速-相对密度联合室内试验,分析砾性土相对密度与波速指标内在关联性,对已有经验公式进行验证。研究结果表明:砾性土波速与相对密度呈良好线性关系,颗粒组排结构的不同是导致砾性土与砂土整体波速差异及数据离散度差别的主要原因;砾性土剪切波速对孔隙比变化灵敏度高于角砾砂,所提修正经验公式更适于描述砾性土波速随相对密度变化关系。     

饱和黏性土抗剪强度的试验方法

饱和黏性土的工程特性,与其应力状态密切相关。自然状态的地基土固结应力状态以及工程设计工况的应力状态,是确定地基土抗剪强度试验方法必须考虑的问题。通过原状土的土工试验,分析研究饱和黏性土抗剪强度试验方法及对其抗剪强度指标的影响,提出现场取得的不扰动土样,在试验室进行抗剪强度试验,必须进行恢复土样初始应力状态的预处理;应针对实际工程问题需要,确定固结压力及排水条件进行土样的剪切试验;资料整理时应区分工程应用的应力条件,小于前期固结压力的压力段和大于前期固结压力的压力段分别进行统计分析,确定抗剪强度指标。     

天然沉积结构性黏土的不排水强度性状

通过对福州天然沉积黏土原状样及不同初始含水率重塑样进行三轴固结不排水剪切试验,探讨土结构性对天然沉积黏土强度性状的影响规律及作用机理。研究结果表明：结构性对天然沉积土固结不排水抗剪强度的作用程度受固结压力大小影响可以分为3个阶段：固结压力小于屈服压力阶段,不排水抗剪强度主要由土结构性控制,与应力水平基本无关;土结构逐渐屈服阶段,固结压力大于屈服压力,不排水抗剪强度随固结有效应力的增大逐渐趋于重塑样的强度线;土结构性影响消失阶段,原状样的不排水抗剪强度随固结有效应力的增长规律与重塑样相同。     

饱和砂土的原位动强度确定方法探讨

基于原状样、重塑样的室内剪切波速和动三轴试验,本文首先探讨了剪切波速和动强度的相关性,然后对实际地震半经验动强度确定方法进行考察.     

初始主应力方向对饱和粉土不排水剪切特性的影响

利用“土工静力–动力液压–三轴扭转多功能剪切仪”,针对山东东营原状饱和粉土和采用 3 种初始成样含水率夯击法制备的重塑饱和粉土,在初始平均主应力为 100 kPa ,初始中主应力系数为 0.5 ,初始偏应力比为 0.433 ,初始主应力方向角分别为 0 °, 30 °, 45 °, 60 °, 90 °的非均等固结条件下,保持平均主应力和中主应力系数恒定进行了应力控制式不排水静力扭剪实验。着重探讨了初始主应力方向和初始成样含水率对粉土应力–应变关系、孔隙水压力变化与有效应力路径等的影响。实验结果表明：初始主应力方向对原状粉土和重塑粉土的变形与强度特性的影响程度有所不同;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。     

控制试样初始剪切模量的动三轴液化试验

研制了压电陶瓷弯曲元-动三轴试验系统 ,解决了三轴仪内饱和试样的剪切波速测量问题 ,并阐述了其原理。在此基础上 ,通过先期振动控制重塑试样的初始剪切模量 ,并通过不排水应变控制循环三轴试验研究了钱塘江饱和粉土和粉砂的液化性质。     

薄壁取土器推广使用中遇到的问题

采用薄壁取土器取土样可以减少取土过程中对试验土样的扰动,使由室内试验得到的土的物理力学参数更符合地基中原状土的实际情况。采用薄壁取土器取土和一般取土器取土的对比三轴试验研究表明：对比较灵敏的鲍和软粘土,由常规固结不排水剪切试验得到的抗剪强度指标,采用薄壁取土器取的土样比采用一般取土器取的土样一般要高,有的差别30％左右。也就是说采用一般取土器取土,由于在取土过程中对饱和软粘土试验土样的扰动,致使由常规同结不排水剪切试验得到的抗剪强度比原状土实际的抗剪强度小,有时小30％左右。     

砂土液化势剪切波速简化判别法的改进

结合压电陶瓷弯曲元波速测试技术开展了饱和标准砂的不排水循环三轴试验,并根据试验结果改进了以往提出的利用剪切波速进行砂土液化势判别的简化方法。这种方法本质上基于砂土抗液化剪切强度与弹性剪切模量之间良好的相关性。用改进后的方法全面评价了26次地震、70多个液化场地的液化势,并与国内外其他液化势简化判别法的判别结果作了比较。分析结果表明,改进后的简化方法的评价结果与现场震害调查数据更趋一致。最后,通过一个实例分析]示了利用该改进方法进行土层液化势判别的一般步骤。该改进方法仍有待于深入研究,尤其是对密实砂土场地在强震下的液化评价,需要进一步的试验和现场数据加以佐证。     

Effects of initial static shear on liquefaction and large deformation properties of loose saturated Toyoura sand in undrained cyclic torsional shear tests

This study focused on the role which static shear plays on the large deformation behavior of loose saturated sand during undrained cyclic loading. A series of undrained cyclic torsional shear tests was performed on saturated Toyoura sand specimens up to single amplitude shear strain exceeding 50%. Three types of cyclic loading patterns, i.e., stress reversal, intermediate and non-reversal, were employed by varying the initial static shear level and the cyclic shear stress amplitude. The observed types of failure could be distinguished into liquefaction (cyclic and rapid flow) and residual deformation by comparing both monotonic and cyclic undrained behavior. It was found that the presence of initial static shear does not always lead to an increase in the resistance to liquefaction or strain accumulation; they could either increase or decrease with an increasing initial static shear level depending on the type of loading pattern and failure behavior. In addition, according to the failure behavior which the specimens exhibited, three modes of development of large residual deformation were observed.     

双向耦合剪切条件下饱和松砂的液化特性试验研究

为了模拟海床及海洋建筑物遭受波浪荷载时所引起的循环应力,进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向–扭转双向耦合循环剪切试验。加载路径在σd/2-τ应力空间内为椭圆。试验在保证椭圆面积不变的情况下,分别变化竖向和扭转向的荷载分量幅值,以此来探讨双向耦合剪切试验中各个分量的变化对饱和松砂的循环强度特性的影响。试验结果表明砂土在双向耦合荷载作用下,其液化强度与加载椭圆路径的面积和两个荷载分量比值密切相关。当轴向应力与剪应力幅值的比值保持不变时,砂土液化强度随着椭圆面积的增大而降低。而在椭圆面积保持不变时,当竖向与扭转向荷载分量的比值小于某一临界值0.6～0.75时,砂土液化强度随着比值的增加而增大,当竖向与扭转向荷载分量的比值大于某一临界值0.6～0.75时,砂土的液化强度随着比值的增加而减小,在临界值0.6～0.75之间表现出最高的强度。另外,在一个周期内孔隙水压力的循环变化与轴向应力相位一致,与循环剪应力相位相差90。     

剪切波速在评估地基饱和砂层地震液化可能性中的应用

对利用“门槛剪切波速”作为初判手段的起源 ,及用现场剪切波速校正室内试验“初始液化”动剪应力幅比的功能 ,进行了论述。对是否有“临界剪切波速”和“临界动剪应变幅”等问题 ,进行了讨论。最后提出了笔者的看法。     

Static liquefaction behavior of saturated fiber-reinforced sand in undrained ring-shear tests

The problem of static liquefaction of sand is nowadays a classical soil mechanics subject. Using a ring-shear apparatus, we explore the possibility of fiber reinforcement as a new method to improve the liquefaction resistance of sand. In order to understand the effect of the fiber content and sand density on the static liquefaction behavior of fiber-reinforced sand, a series of undrained ring-shear tests were carried out on saturated samples with different fiber content and sand density, and the test results and mechanisms of fiber reinforcement were then analyzed. The results indicate that the undrained shear behavior of fiber-reinforced loose samples is not greatly influenced by the presence of fiber, but for medium dense and dense samples, the presence of fiber clearly affects their undrained behavior. Untreated specimens showed a continuous decrease in shear resistance after failure, while the specimens treated with fiber showed fluctuations even after shear failure, and these fluctuations become stronger with increasing fiber content. The peak shear strength increases with the fiber content, especially in dense specimens. After shearing, all the fiber-reinforced and untreated dense samples maintained structural stability, while the unreinforced loose samples showed a completely collapse of structure. The presence of fibers may thus limit or even prevent the occurrence of lateral spreading that is often observed in unreinforced sand.     

动单剪分析饱和粉土的液化性

利用Shear Trac-II-DSS动单剪测试系统,研究了邯郸地区饱和粉土的液化性。结合Seed简化理论中等效的原则,将地震剪应力时程等效成周期剪应力和周期次数,得到了地震剪应力与抗液化剪应力关系曲线;初步确定了该地区粉土液化深度为2m左右,初始液化区域为2～6m;当埋深较浅时,抗液化强度比等效地震剪应力要大;随着埋深增加抗液化强度和等效地震剪应力均增大,且抗液化强度增加的幅度比等效地震剪应力增幅要小;当达到一定深度时,抗液化强度等于等效地震剪应力,出现初始液化现象;随着埋深进一步增加,抗液化强度增加的幅度比等效地震剪应力增幅要大,最终导致粉土不液化。该结论可为今后的工程设计提供参考。     

基于径向基函数神经网络模型的砂土液化概率判别方法

以国内外25次大地震中的344组场地液化实测资料为基础,通过径向基函数神经网络模型的训练和检验,分析了修正标准贯入击数N1与饱和砂土抗液化强度之间的非线性关系,建立了饱和砂土液化极限状态曲线或抗液化强度临界曲线经验公式。经统计分析,给出了液化和非液化的概率密度函数以及抗液化安全系数与液化概率之间的经验公式,最后导出了具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式。当液化概率水平为50%时,即等价于传统的确定性砂土液化判别,该方法预测液化和非液化的可靠性分别为90.4%和81.2%,具有较高的可靠性。本文提出的砂土液化概率判别方法,使工程场地的砂土液化概率判别如同确定性砂土液化判别一样简单、方便,从而使砂土液化概率判别方法用于工程实践和纳入有关规范成为可能。