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。     

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.     

剪切波速在黄土震陷性评价中的应用研究

根据黄土动力学试验及原位波速测试资料,探讨了黄土震陷性及其与剪切波速的关系;给出了兰州地区黄土剪切波速和震陷性的统计公式：提出了简单速判别黄土震陷性物理指标和利用剪切波预测黄土场地上震陷量的方法。并对永登地震黄土震陷进行了实例计算,结果表明,黄土的含水量和剪切波速与其震陷性密切相关,可作为黄土震线性判别的初步指标;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。可用于黄土场地上震陷性的判别与震陷预测计算。     

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:     

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。     

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。     

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。     

关中地区黄土基质吸力与湿陷性关系试验研究

利用非饱和土侧限压缩仪对不同湿度的关中地区天然黄土试验,采用轴平移法测定有和无固结压力作用下不同初始含水率黄土的吸力,探讨了侧限应力条件对黄土吸力特性的影响,同时对竖向荷载作用下湿陷系数与基质吸力的变化关系进行了初探。研究结果表明:湿度确定时,侧限条件对天然原状黄土的基质吸力大小有改变,且变化程度随湿度变化而异。黄土的湿陷系数与基质吸力的关系在不同的竖向荷载作用下有着不同的变化规律。研究可为黄土基坑湿陷性评价提供参考,具有一定的工程意义。     

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。     

强夯黄土地基震陷性离心试验研究

为了对强夯黄土地基震陷性进行较为直观合理的分析,基于离心模型试验定量评价了强夯黄土地基抗震性能。试验结果表明:黄土地基含水率是影响强夯处理效果的重要因素,水平层强夯程度所存在的差异性对黄土地基的震陷量的影响不是很明显,强夯法处理黄土地基在有效深度范围内可以完全消除黄土地基的震陷性。     

黄土概率震陷灾害分析

根据条件概率理论,提出了一种估计黄土震陷危害程度的概率方法。此方法考虑了地震和岩土的不确定性,所建概率模型简单、实用,并为震陷的概率评价方法的发展做出了初步的探讨。     

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.     

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。     

基于Finn模型的软土场地震害的数值模拟研究

天然地震作用下的软粘土震陷和饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。以天津滨海新区某场地软土地基为例,采用Finn本构模型,通过FLAC3D软件数值模拟了在50年超越概率10%和2%概率水平地震作用下该场地吹填土的震陷和饱和砂土的液化情况。结果表明：Finn本构模型可以很好的反映吹填土震陷和饱和砂土液化的变化规律。     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10^-5~10^-2剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10~(-5)～10~(-2)剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

黄土路基变形特性的试验研究

针对黄土路基的变形问题,通过室内压缩试验研究初始含水率、压实度及外荷载对压实黄土的变形的影响,得出了黄土压缩变形和湿陷变形随初始条件改变的变化规律,分析结果表明:路基黄土的初始含水率在一定的范围内才能同时满足压密变形和湿陷变形量都相对较小;适当地增大黄土的压实度有利于减小黄土的工后沉降量;外力是影响黄土变形的最重要的外在因素,外荷载在一定范围内增大会导致黄土变形量的增大。     

含桩基础地下结构的软黏土场地震陷数值分析

饱和软黏土震陷对建构筑物基础及地下结构受力状态可产生重要影响。本文基于考虑土体小应变刚度特性的循环加载不排水总应力土体本构模型，建立了软黏土中含桩基础地下结构场地震陷数值模型，利于离心振动台试验进行了模型验证，对比了单桩、群桩及含桩基地下结构场地的土层震陷特征。结果表明：由于土体应力-应变关系的非线性，随着地震作用强度的增加，震陷量级呈现显著非等比例的加速增长，针对本文算例，地震峰值加速度增大1倍，震陷量最大增长倍数可达7至12倍；相较于单桩，群桩基础及含桩基地下结构可显著降低土层震陷，本文算例中震陷降低程度分别可达10%～40%和20%～50%;地下结构的存在引起的地震波反射可导致深部土层震陷增加，本文案例中震陷量最大增幅可达40%以上。