日本地震砂土液化破坏案例及抗液化处置措施

砂土液化是地震灾害的主要形式之一。在振动作用下,饱和的松散粉、细砂土中孔隙水压力急剧增大,当有效应力降为零时砂土颗粒处于悬浮状态,即发生砂土液化。砂土液化可引起地基强度丧失,从而加重建筑物破坏程度,使重要运输生命线瘫痪,造成巨大经济损失和人员伤亡。本文梳理了砂土液化的历史文献记录,阐述了砂土液化产生的机制,概述了砂土液化造成的各种破坏,并介绍了日本判别砂土液化的最新方法、抗液化处置措施及一些成功案例,以期为砂土液化研究及抗液化处置措施的改进提供有益参考。     

石油污染多孔介质水动力效应研究

为了研究石油污染多孔介质的水动力效应,控制砂土中柴油含油率为0,0.5％,1％,2％,4％,砂土中机油含油率为0,0.5％,1％,2％,4％,8％,作为供试的污染多孔介质,采用自行设计的一维水动力弥散试验装置测定示踪剂(氯化钙)的穿透曲线,并定量确定了石油污染砂土的有效孔隙度、渗透系数和水动力弥散系数.采用超声-紫外法测定了砂柱中不同渗透距离上砂土的石油残留量.试验结果表明:砂土中柴油和机油的残留率分别小于4％和8％;有效孔隙度随含油率的增加呈线性减小,而且柴油污染砂土的有效孔隙度减小比机油污染砂土更加显著;砂土的渗透性随石油含量的增加而降低,2％含油率的柴油污染砂土和4％含油率的机油污染砂土的渗透系数分别比清洁砂土降低了75.26％和33.68％;不同含油率砂土的弥散系数值较为接近,且弥散度变化也不显著.     

剑麻纤维/砂土复合材料三轴剪切强度特性

为改善砂土的抗剪强度特性,针对剑麻纤维加筋砂土复合材料,通过一系列不固结不排水三轴试验,对不同纤维掺量、纤维长度和砂土干密度条件下剑麻纤维/砂土复合材料的剪切强度特性进行深入研究,并对剑麻纤维加筋机制进行分析。试验结果表明：复合材料中纤维相对含量改变时,初始刚度变化不大;适量的纤维掺量和纤维长度可以在砂体内形成三维网状结构,对比未加筋试样黏聚力显著提高,表明纤维加筋可有效提高砂土的抗剪强度;由于密度增加使得剪切过程中纤维与砂颗粒间的咬合和滑动摩擦力增加使复合材料抗剪强度显著提高;围压增加纤维与砂土界面有效接触面积导致砂土抗剪强度与峰值偏应力明显增强。采用剑麻纤维加筋砂土可增强砂土间界面作用力,明显改善砂土抗剪强度特性。     

似粘聚力对砂土地层成孔性影响分析

工程上处理砂土地层作为持力层时,多将其视为粘聚力为零的无粘性土,这种忽视似粘聚力存在的做法过低得估计了土体强度,使得设计参数相对保守,工程造价也因此增加。此外,在砂土地层的基坑中采用土钉支护时,成孔不易,容易坍塌,无法正常施工。本文通过引进非饱和砂土的似粘聚力,采用力学方法对砂土地层进行稳定性分析,得到了砂土地层在孔洞挖成后重分布的应力场及位移场,并且以西安某大厦基坑支护项目为依托,结合Flac3D数值模拟来进行成孔稳定性的分析研究。结果表明,砂土地层的成孔性与砂土似粘聚力相关,在一定的密实度下,砂土的似粘聚力与其含水率有关。在工程实践中,可通过改变砂土含水率来保证砂土地层的土钉成孔。     

滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

在棚洞顶部铺设一定厚度砂土垫层可起到有效的耗能缓冲作用,不同厚度的砂土垫层耗能缓冲效果差异较大,如何量化砂土垫层厚度成为棚洞结构设计的关键问题之一。以实际棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击砂土垫层进行数值仿真计算,分析不同冲击能量下多组砂土垫层厚度组合的动力响应及耗能缓冲机理。结果表明：低冲击能量下,改变砂土垫层厚度对滚石冲击力影响不大,而高冲击能量下,不同厚度砂土垫层的吸能减震效果有显著差异;增大砂土垫层厚度可有效的减弱滚石冲击对棚洞钢筋混凝土顶板造成的变形影响,但同时会增加结构自重,通过计算,可以得到最优化的垫层厚度,兼顾经济合理性和结构可靠性。研究成果将为滚石多发区棚洞结构砂土垫层的设计提供理论依据。     

振冲法加固砂土地基的试验及应用

根据某厂振冲碎石桩加固液化砂土地基的工程实践及试验资料,对挤密碎石桩加固砂土地基的机理进行了探索,并通过分析,进一步证明该法对砂土地基的加固是卓有成效的,从振冲碎石桩加固砂土地基的加固原理和受力情况出发,扼要阐述了振冲碎石桩加固砂土地基的设计要点和施工工艺。     

水溶性聚合物强化砂土剪切强度及机理研究

针对加大砂土强度的问题,采用水溶性聚合物对其进行改良,对不同砂土干密度、固化剂含量及养护时间的改良砂土进行了直接剪切试验,并对其黏聚力及内摩擦角进行分析.结果表明:水溶性聚合物改良的砂土剪切强度得到一定程度地提高,这是由于水溶性聚合物加固砂土试样,形成包裹颗粒并相互联系的弹性黏膜,从而增加了土体强度;当养护时间一定时,...     

基于颗粒接触理论的深层砂土剪切波速度

为了研究深层砂土剪切波速度,首先假设深层砂土为不规则排列等球体颗粒的集合体,在颗粒接触理论以及细观颗粒弹性力学的研究成果上推导出砂土的等效剪切模量,继而得到宏观剪切波速计算公式;然后分析了孔隙率、饱和度、内摩擦角、土粒密度、应力大小以及砂土颗粒的弹性模量和泊松比等因素对剪切波速的影响,最后将理论方法计算结果与深层砂土实...     

地下结构物对饱和砂土地基液化的影响

以我国东南沿海地区砂土地层大型地铁站为背景,进行了自由场和埋设地下结构物的饱和砂土地基动力离心模型试验,对比分析了强震作用下两种模型不同深度的地基加速度、超孔隙水压力及地基沉降等变化规律,数据结果显示埋设地下结构物的饱和砂土层地基相比于自由场相同位置的砂土层地基更易发生液化,提升了人们对地下结构物影响砂土液化效果的认识.     

基于三轴试验与离散元模拟的路基土力学特性研究

针对宿州市学府大道路基砂土,通过室内土工试验得到其基本物理性质指标,并结合室内三轴试验,分析不同相对密实度下砂土的应力-应变特性和体积应变特性及其变化规律.结果表明:在固定围压下,砂土的相对密实度越大,砂土抗剪强度和抗变形能力越强,而且砂土的内摩擦角与相对密实度呈正相关,即随着相对密实度的增大而增大.此外,通过建立与室...     

基于多孔介质理论的饱和土中球形空腔的稳态响应

将土体视为液固饱和2相多孔介质,利用多孔介质理论描述饱和土的宏观力学行为,运用势函数和贝塞尔函数的性质求解了饱和土体中球形空腔的稳态响应问题,得到了简谐动荷载作用下球形空腔的径向位移、径向应力和孔隙水压力的解,分析了饱和土液固耦合系数对球形空腔稳态响应的影响,并分析了径向位移、径向应力和孔隙水压力沿半径方向的消散规律.     

饱和土中球形沼气池的动力响应

采用解析方法研究饱和土中球形沼气池的频域响应.将土体视为流固两相介质,饱和土体的动力学行为采用Biot理论模拟,建立具有球形沼气池饱和土体的动力方程.通过引入势函数,得到饱和土体的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式.将模具结构视为均匀弹性介质,根据弹性理论,推导模具结构的位移和应力解.根据土体和模具结构接触面以及模具结构内边界的连续性条件,确定待定系数的具体表达式.与单相土中球形沼气池动力响应的结果、有无模具结构的结果、有限元方法、边界单元法进行对比分析.考察饱和土和模具结构各参数对位移和孔压幅值的影响,结果表明：流体压缩性系数对响应幅值的影响与接触面的孔隙水渗透性有关;边界透水情形下流固耦合系数对系统动力响应的影响远大于不透水情形下的系统动力响应.     

土体循环塑性模型的动力有限元分析

在简要介绍基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型与土体动力有限元分析原理与计算方法的基础上，将循环塑性模型的本构方程结合进土体的动力平衡方程中，用无条件稳定的隐式积分(Newmark)法求解动力方程，建立了基于循环塑性模型的土体有限元动力分析方法；编制了相应的弹塑性动力有限元程序，程序用FORTRAN语言编写，采用模块结构，可求解连续介质在平面应力、平面应变和轴对称情况下的动力反应问题；最后利用所编程序对水平自由场地的饱和沙层在基岩加速度作用下的动力响应问题进行计算分析。通过对孔隙水压力发展时程、加速度响应时程与剪应力响应时程等计算结果的分析比较，初步验证了模型与程序用于实际计算的可行性和可靠性。     

任意荷载下黏弹性饱和土体中球壳的动力响应研究

工程实践中经常需要解决无限大弹性体内球壳的动力响应问题.采用Biot波动理论，对黏弹性饱和
土体中球壳的动力响应问题进行研究分析.利用Helmholtz分解原理，通过引入势函数，在Laplace变换域
中得到任意响应模式下球壳的动力响应解答.最后利用Laplace数值逆变换得到时间域中的数值结果，讨
论了在球壳内作用有轴对称荷载和流体压力两种情况时不同响应模式条件下球壳动力响应.球壳内作用有
轴对称荷载时接触面上的径向位移随n值的增大而减小，孔隙水压力开始有较大振荡；球壳内作用有流体
压力时在瞬时响应模式下位移趋近于零，而孔隙水压力变化相对平缓.结果表明,对于黏弹性饱和土体中
的球壳在不同的边界条件和响应模式下动力响应差别很大.     

细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响

利用GDS循环三轴仪,对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验,并基于Seed孔压应力模型,研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明：细粒含量对砂土孔压发展影响较大,其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小,并在细粒含量为30%时达到最小值,之后随着细粒含量的增加又逐渐增加,不同的是参数θ在细粒含量超过30%后,其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究,更进一步证明了临界含量的存在,试验所用的含细粒砂土,临界细粒含量在30%左右。     

Model of nonlinear coupled thermo-hydro-elastodynamics response for a saturated poroelastic medium

Based on the Biot’s wave equation and theory of thermodynamic, Darcy law of fluid and the modified Fourier law of heat conduction, a nonlinear fully coupled thermo-hydro-elastodynamic response model (THMD) for saturated porous medium is derived. The compressibility of the medium, the influence of fluid flux on the heat flux, and the influence of change of temperature on the fluid flux are considered in this model. With some simplification, the coupled nonlinear thermo-hydro-elastodynamic response model can ...     

稳态P波对半无限饱和土中的圆形孔洞的散射

借助在非耗散情况下的Biot波动理论，采用复变函数及多级坐标的方法对半无限饱和土中P波在一个圆形空洞周围的散射和动应力集中的问题提出了一种近似求解分析方法．具体做法是利用一个半径很大的圆来逼近半空间的直边界，将半空间直边界问题转化为曲面边界问题．借助Helmholtz定理预先写出问题波函数的一般形式解，再利用边界条件并借助复数傅立叶级数展开把问题化为求解波函数中未知系数的无穷线性代数方程组，通过变换不同的条件组合，得出半空间的圆形孔洞周围的动应力及孔压集中系数的数值解的分布和变化情况．由算例可知：该方法对研究与P波有关的散射问题是可行的．     

压力敏感性材料球形孔洞动态扩展问题

为进一步研究岩土材料爆炸场的特点,采用椭圆型屈服准则和自相似假设,并结合Hopkins三区模型,研究幂硬化材料球形孔洞动态扩展问题.通过对弹性区的研究得出弹性区应力的分布和弹塑性交界处的连续条件;然后在塑性区给出一个求解动态扩展问题的非线性微分方程组;最后通过打靶法数值求解该非线性微分方程组,给出满足边界条件的数值解,并讨论材料参数对场量的影响.结果表明,椭圆型屈服准则能很好地描述压力敏感性材料中孔洞的动态扩展.     

饱和紧密砂土在扩孔压力下超孔隙水压力估算

本文是文献［１］研究的继续。文中给出了饱和紧密砂土内球形孔扩张压力下超孔隙水压力大小及其分布的解答，据此可分析赵孔隙水压力对该土类中静力项深或打（压）桩初期贯入阻力的影响。     

地铁运行引起的饱和地基动力响应

基于Biot饱和多孔介质的波动方程,通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程,结合边界条件利用Galerkin法推导出频域-波数域内的u-w格式的2.5维有限元方程,通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的动力响应.通过计算实例验证了计算模型.建立地铁-隧道-饱和地基动力相互作用模型,分析地铁移动荷载引起的饱和地基动力响应.研究表明,地铁荷载加振频率对振动幅值及衰减规律的影响很大,控制荷载自振频率是减小环境振动的最佳措施.