振动荷载下饱和砂土液化区的发展

本文以两相介质理论为基础 ,将饱和砂土简化为一维情况 ,对饱和砂土液化区的范围做了一些理论探讨。结果表明 ,液化区扩展随时间而逐渐变缓 ,且固相密度越大 ,发展越慢 ,而dp/dn越大 ,则液化区扩展越快。     

不规则荷载下饱和砂土孔压模型研究

提出一个适合分析不规则荷载作用效果的孔压模型,该模型以等幅荷载液化试验及孔压模型为基础,基于残余孔压累积原理,利用微分法和叠加法分别构造并进行优选。利用等幅荷载液化试验、人工调制不规则荷载液化试验以及地震波输入动三轴液化试验对所提模型进行检验,结果显示:(1)模型可以较好模拟等幅荷载液化试验;(2)模型可以较好描述人工调制不规则荷载液化试验结果;(3)模型可以模拟不规则地震荷载作用下的孔压增长规律,且对不同地震波型导致的孔压增长规律也有较好复现;(4)模型参数少,能实现孔压实时分析,运用方便。     

垂向荷载作用下饱和砂土的液化分析

 博士学位论文摘要　在对近40 a 来关于饱和砂土液化的研究工作调研的基础上, 就垂向荷载作用下饱和砂土液化问题, 进行了一维应变分析, 得到了垂向荷载作用下, 饱和砂土液化的发展过程以及砂土液化区域的扩展过程这两方面的特性。首先, 在固结仪上对往复荷载作用下有侧限的饱和砂土的本构关系进行了系列实验。实验材料包括松散细砂、密实细砂、松散粗砂(分别代表不同密实度和不同颗粒粒径构成的砂土) 。实验过程中, 加卸载路径有等幅的情况, 也有任意的情况。根据实验数据给出了用双曲线表述的应力2应变关系。这种形式的表述, 既避免了用切线模量形式表述的困难, 又解决了用对数形式表述的不能用于有效应力接近于零的问题; 而且形式简单, 又便于应用。接着, 考虑到砂土液化是孔隙水和骨架相互作用的结果, 将饱和砂土作为固液两相连续介质, 建立了垂向荷载作用时饱和砂土的一维应变动力学模型。该模型考虑了孔隙率的变化, 将骨架作为弹塑性材料, 且将渗透率与孔隙率的变化相联系, 使其与实际情况尽可能符合; 同时考虑在一般振动条件下的压力范围内, 可以忽略颗粒和孔隙水的压缩性, 使模型更简洁。然后, 在上述本构及动力学模型的基础上, 对饱和砂土的变形和液化发展进行了数值模拟。模拟结果表明, 垂向振动对饱和砂土的液化发展有显著的影响。在垂向振动作用下, 砂土首先在外载作用端产生局部区域的液化, 然后液化区逐渐向远处扩展, 且由于阻力的影响, 扩展速度随着液化区厚度的不断增长而逐渐减小。砂土骨架的可压缩性越大, 即砂土的初始切线模量越小、初始极限应变越大以及初始孔隙率越大, 则砂土的液化发展越快; 外载强度越高, 即外载幅值和频率越大, 砂土的液化发展越快; 砂土的渗流性越小, 排水越困难, 即初始渗透率越小, 砂土的液化发展越快。由此可认识到, 饱和砂土液化实际上是骨架和孔隙水相互作用的结果; 骨架为了抵抗外部扰动将产生压缩趋势, 从而挤压孔隙水, 力图使孔隙水排出,如果孔隙水难以排出, 两种介质的变形就出现不协调; 这就会导致骨架结构破坏、失去承载能力, 即饱和砂土发生液化。这些结果表明, 垂向荷载对饱和砂土液化的影响不可忽略。     

爆炸荷载作用下两相饱和土中结构响应试验研究

 通过试验研究含气量低于99.99%两相饱和土及其中的结构响应问题。试验在f 2.5 m×5 m的圆柱形模拟爆炸装置中进行,爆炸采用TNT集团装药,炸药埋设在饱和土中进行接触爆炸,采用统一比例埋深。在饱和土中设置正方体大跨度结构,该结构产生整体破坏。同时研究完全不动钢壁极限结构,与大跨度结构进行对比,系统研究饱和土中不同结构形式的反射系数。结果表明,在两相饱和土中压力超过2 MPa时,饱和土发生动态液化,应力波变化为冲击波,其中压力与饱和土的具体颗粒性质关系不大。通过极限状态的两种结构响应研究认为,饱和土中不同跨度结构的反射系数为0.5～2.0,其具体取值将根据结构形式决定。     

饱和砂土中浅埋单药包爆炸液化特性分析

堰塞坝和挡水堤坝的爆破泄洪均可能涉及饱和土中的浅埋爆炸问题,然而关于饱和土中浅埋炸药爆炸引起的动态孔隙水压力及液化的研究则鲜有报道。基于饱和砂土中的浅埋单药包爆炸液化现场试验,分析了浅埋爆炸引起的土中超孔隙水压力变化特征,研究了药量、埋深和爆距等因素对土中超孔隙水压力上升的影响。在评价饱和砂土中封闭爆炸液化经验预测方法的基础上,提出了考虑药包埋深和比例距离的修正的液化预测经验模型,并与金银岛爆炸液化试验数据进行对比验证。研究结果表明,修正后的液化预测经验模型可以描述比例埋深对爆后孔隙水压力上升的影响,可以较为精确地评价和预测浅埋单药包爆炸引起的饱和土中液化的发生程度及范围。研究成果可以作为饱和土中封闭爆炸液化经验预测方法的补充和完善。     

饱和砂土场地大型爆炸液化现场试验研究

土体振动液化是岩土工程领域中引人注目的热点问题,振动及液化引发的房屋倒塌或堤坝溃决将严重危及生命和财产安全。基于室外大型爆炸液化可控试验场地,开展了一系列饱和砂土中的单点及多点微差爆炸液化试验。介绍了现场爆炸液化试验的主要技术细节,包括钻孔及布药方式、监测设备及方法、混凝土结构及土质堤坝的设计等。分析了饱和砂土中单点和多点微差爆炸引起的土中孔隙水压力上升规律、爆炸液化的影响因素以及利用多点微差爆炸液化人工制造大面积液化试验场地的实现条件和方法,并最终开展爆炸液化场地混凝土结构及土质堤坝的变形研究。试验的成功实施为人工制造大型振动液化试验场地的方法提供了参考。     

饱和砂土的断裂现象研究

当饱和砂土层液化后,可能发生不均匀渗流,导致砂土中断层的形成,从而为滑坡提供了滑动面。对饱和砂土中的断裂(或称作水层)现象进行了分析,结果表明,只有当砂土层中某处被堵塞不能渗流且该状态一直保持时,才有稳定的断层,否则断层会逐渐消失。同时,对分析结果与试验结果进行了对照。     

一种判别饱和砂土液化势的新方法

本文通过标定罐内的静力触探试验的循环应变三轴试验资料的对比，讨论了用静力触探评价饱和砂土液化势的剪应变方法，提出了判断砂土液化势的场地剪应变和修正贯入阻力之间的相关关系，并同国内外有关资料进行了对比，供工程应用参考。     

成都市区饱和砂土地震液化评估

一、砂土液化的工程意义1978年成都市区的地震基本烈度从6度定为7度。根据我国《建筑抗震设计规范》的规定，在7度区应对饱和砂土地基在地震时是否可能液化进行判定。因此对成都市区炮和砂土地基液化可能性的评价便成为急需研究和解决的问题。砂土液化是饱和砂上受振动时颗粒间趋于紧密，使孔隙水压力增大，有效应力减小，当有效应力趋于零时，砂土的抗剪强度消失，从而引起地面沉陷，斜坡失稳或地基失效的现象，并常伴随有喷水冒砂，这是全部过程的总概括和总效果。这一现象的重要意义和影响，在近二三十年来才引起国内外普遍的关注和重视…     

强夯处理饱和砂土液化

结合中营高速公路K53 600~K58 200段工程概况,采用强夯法处理饱和砂土液化地基,介绍了强夯施工的相关参数,探讨了强夯施工工艺,并对强夯前、后的标准贯入及土工试验情况进行了分析,指出强夯法具有提高土的强度、改善砂土的振动液化条件和消除湿陷性等作用。     

渗流作用下层状饱和土有效应力计算方法的研究

在分析渗流作用下单层土体有效应力性状的基础上 ,研究了渗流作用下层状饱和土体有效应力计算的方法。为便于计算 ,把渗流作用下的有效应力分为自重有效应力和渗流有效应力两部分分别进行计算。     

双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析

为了研究浅埋砂土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋砂土地下电力隧道进行数值模拟。建立了双向地震作用下砂土电力电缆隧道的三维计算模型,地下水位为1m。计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的加速度、位移、应力进行监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移10．9mm,竖向残余位移4．3mm,隧道结构产生的永久变形为11．7mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移3．6mm,竖向相对位移为4．3mm。地表水平残余变形几乎为0,竖向残余变形0．18mm。结构自振频率45Hz。隧道结构剪应力、主应力大小随着动荷载的输入应力幅变化很小,在1％左右;第一主应力和第三主应力的最大值在隧道侧壁C点。数值分析结果表明,在砂土地基下隧道产生剪切、拉伸破坏以及发生共振的可能性较小,侧壁是竖向抗震的薄弱环节。     

应用样条有限元方法分析饱和土体的地震效应

采用有效应力原理，以Biot固结理论为基础，用B样条函数构造了考虑地震效应的土体振动孔隙水压力，位移及应力的数值计算方法，用一实例说明其与一般有限元计算方法的计算结果相符合。     

粘弹性准饱水岩层中地震波的传播

从工程实践出发，采用粘弹性两相介质模型，详细研究了地震波在准饱水岩层中的传播问题。由于此模型不但考虑了岩层骨架的粘性，而且考虑了饱和度对地震波传播的影响，从而可以全面地了解地震波在准饱水岩层中的传播特性。该模型比以往研究地震波的模型更具合理性。采用数值算例对饱和度、频率、含水量对地震波的波速和衰减系数的影响进行了细致的分析，并得出了一些重要的结论。     

软基SSI体系的简化地震响应分析方法

研究了软基SSI体系简化地震响应分析方法。在前期试验和计算结果的基础上，提出土、结构小刚度比下SSI体系的简化动力计算模型及其参数的反演算法，推导了软基SSI体系简化动力计算模型下的地震响应分析方法。并通过试验软基SSI体系，考证了这一体系下简化动力模型的建模思路。     

爆炸地震波作用下深埋圆形隧道的动力响应分析

 深地下结构在爆炸地震波作用下的动力响应是防护工程设计和评估的重要问题,发展适应深部特点的快速计算方法具有重要意义。采用集中质量方法将圆形隧道离散为有限自由度体系,并将爆炸地震波的作用看作一系列作用在集中质量上的动力,利用局部变形理论将围岩的弹性抗力简化为弹性链杆,采用矩阵力法考虑结构在各种内力作用下产生的自身变形和弹性半空间的变形,并据此建立结构动力方程矩阵。通过对结构动力方程的求解,可以得到结构的动力集中系数和结构内力、弯矩、位移等参数。采用所提出的方法计算一个算例,分析围岩等级、荷载作用位置、正压作用时间以及入射波角度等因素对隧道衬砌结构动力响应的影响。     

考虑应力路径和加载速率效应砂土的弹黏塑性本构模型

 利用室内多应力路径平面应变压缩试验结果,分析和研究密实砂土变形和强度特征的应力路径和加载速率效应。试验结果表明：一方面,不可恢复体积应变和剪切应变都具有明显的应力路径相关性,因而在传统塑性理论中将其作为硬化参量存在不合理性;另一方面,砂土的应力–应变特性与加载速率的变化存在着显著的关系。加载速率效应与蠕变和应力松弛一样均是砂土黏性的外在反映,其最重要的特征之一是加载速率发生突变时,应力也发生相应的突变,并呈现出刚性很大、近似弹性的特性。对试验结果的进一步分析发现,一种修正的不可恢复应变能W ir*及相关的函数与应力路径不相关。将W ir*作为硬化参量,并在非线性三要素模型的理论框架下,提出一种基于能量的砂土弹黏塑性本构模型。该模型可以考虑应力路径、压力水平、固有各向异性、孔隙比等因素对砂土变形和强度特征的影响,以及应变局部化和加载速率变化所产生的黏性特性。将上述模型嵌入到有限元程序中,并对平面应变压缩试验进行模拟计算,验证模型的精确性。研究结果表明,与现有的砂土本构模型相比,所提出的模型能更好地模拟应力路径及加载速率变化对砂土变形和强度特征的影响。     

关于深层砂土液化判定方法的探讨——以港珠澳特大桥水下隧道工程场地为例

以港珠澳特大桥海底隧道工程场地为例,利用振动三轴液化试验结果,并结合等效线性化土层地震反应分析方法间接获取的土层等效循环剪应力,对该工程场地所涉及的覆盖层43 m深度范围内存在的砂土层进行液化可能性判定,进而采用动力反应分析液化势的方法进行液化程度的详细判定。结果表明：20 m以下的饱和砂土层也存在着不同程度液化的可能。因目前我国尚无关于深层砂土液化具体判定的统一规范,故所用方法对深层砂土液化的详细判定具有较好的参考和借鉴意义。     

饱和土中圆形衬砌结构对弹性波的散射

运用复变函数法，在Biot波动理论的基础上，对饱和土中的圆形衬砌结构进行分析。首先，通过引入3个势函数将饱和土的Biot波动方程解耦成3个Helmholtz方程，将衬砌结构看作是弹性均质的各向同性材料介质，通过引入2个势函数将弹性介质的挖制方程解耦成2个Helmholtz方程；然后，利用所得势函数的通解，得到饱和土的位移、应力和孔压的表达式及衬砌结构的位移和应力表达式，利用饱和土与圆形衬砌结构之间的连续性条件和衬砌结构内边界上的边界条件，确定波函数展开式中的未知系数，进而得到问题的求解；最后，对波数及衬砌结构厚度等参数进行了分析。