爆炸引起饱和砂孔压变化规律的室内试验研究

介绍了以雷管作为爆炸动力源,多孔装药爆炸法密实饱和砂的模型试验,实测了饱和砂土体在依次循环爆炸荷载作用下孔隙水压力的增长与消散过程,分析了孔隙水压力的变化规律。试验结果表明,孔隙水压力的增长与消散在沿深度及径向方向上的变化规律具有独特性。同时,对爆炸荷载在饱和砂土体内所引起的液化范围进行了分析,所得结论可为爆炸法处理饱和粉细砂地基的工程设计与理论研究提供参考。     

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。     

湿砂场地爆炸成坑效应的现场试验与数值模拟研究

 蓄水土坝坝顶、地基浅层等部位的含水土体受到爆炸作用时会形成爆坑,从而对岩土工程构筑物造成严重灾害。为了研究含水土中爆炸成坑效应的影响因素,开展一系列湿砂中的爆炸现场试验,同时利用光滑粒子流体动力学和有限元耦合方法(SPH-FEM)对爆坑试验进行评价。研究结果表明：根据药包的比例埋深,湿砂中的爆坑形态分为封闭爆炸、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑。当比例埋深小于1.5 m/kg1/3时,易形成抛掷型爆坑,而发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3。对于抛掷型爆坑,可见直径试验值和数值计算的真实直径均与相应的ConWep预测值表现出很好的一致性。通过SPH粒子的运动实现的爆炸鼓包过程与试验中抛掷物运动规律一致,发现利用数值计算的真实爆坑尺寸预测可见爆坑直径的方法满足工程应用要求。爆坑直径受土体的密度和强度参数的影响偏差都在10%以内,在试验基础上结合量纲分析法,推导了关于药量与埋深的爆坑直径经验公式。     

冲击载荷下饱和砂土渗流强化与结构破坏的实验研究

 博士学位论文摘要　对研究冲击载荷作用下饱和砂土的液化、渗流和固结过程的文献作了总结。饱和砂土的冲击液化与循环载荷下的液化区别在于: 冲击载荷的强度高、时间短, 具有较强的应力波传播效应, 而循环载荷的作用时间长, 超孔隙水压力的升高是逐步累积的结果; 影响饱和砂土冲击液化的因素有砂土的粒径大小与级配、相对密度、初始应力条件、强度特性、排水条件、冲击载荷强度及作用时间等; 现场爆破密实砂土地基时, 砂面沉降量除与砂土的初始相对密度、渗透特性等有关外, 还与药包的重量和埋深、距爆源的距离有关; 相同重量的药包在同一点爆破造成的砂面沉降量随着爆破次数的增加逐渐减小; 采用小药包多次爆破造成的砂面沉降量总和比大药包(小药包重量之和) 一次爆破造成的砂面沉降量要大; 排水固结过程是从下面开始, 逐步向上传播的。在考察饱和砂土受到冲击载荷的液化密实模拟实验中发现: 排水沉降不是均匀现象, 出现了纵向排水通道、横断裂纹等非均匀现象。在我们自己设计加工的实验装置和测压系统的基础上, 对冲击造成的饱和砂土中的冲击压力进行了测量, 分析了冲击造成的压力波形, 对压力波形中压力降低达到某个极限值时会持续一段时间的原因进行了初步的分析解释; 采用长管衰减冲击压力的方法, 测量得到了超孔隙水压力的长期衰减过程。超孔隙水压力在消散时明显可分成两个阶段: 第一阶段压力变化不大或在某个值上持续一定的时间, 第二阶段则消散较快。对砂面沉降量的测量得到了饱和砂土液化前和液化又重新固结后的相对密度的变化, 以及相对密度增量与初始相对密度的关系。对不同落高下砂面沉降量的测量, 得到了冲击强度与沉降量的关系。液化后的渗流是一种强化渗流, 实验结果表明最大的强化渗透系数一般是静水力作用下的最大渗透系数的4～ 6 倍。分析了饱和砂土液化后在整个固结过程中砂面沉降量、固结部分砂土的高度、超孔隙水压力等随时间的变化, 对估算排水固结时间的V. A. F lo rin 公式进行了修正, 得到的液化后饱和砂土固结过程中各参数随时间变化是非线性的, 计算结果与实验结果在主固结阶段吻合较好。对含弱透水层的饱和砂土结构的渗流与固结, 也做了初步分析。     

浅层点振源作用下饱和砂层的超孔隙水压力

地震时,由于向上传播的地震波的作用,可能在饱和松砂中产生很高的超孔隙水压力,导致砂土发生液化。但至今还缺乏地震时土中超孔降水压力发生过程的实测资料。作者利用振动水冲器在施工过程所产生的振动,记录其周围饱和松砂中超孔隙水压力的产生过程,发现在这种振动条件--浅层点振源,形成的超孔隙水压力,基本上是由两部分组成的。即脉动孔隙水压力与应变孔隙水压力。脉动孔隙水压力是振动纵波在水中直接传播的结果。振动的纵、横波还通过土骨架向外传播,传播过程使土骨架产生应变势。应变超孔隙水压力是上耦合于骨架剩余应变势的反映。这两部分的比例与震中距及砂土密度有失。超孔隙水压力场与地面加速度场相似,基本上是震中距的幂函数.     

冲击载荷下饱和砂土中超孔隙水压力的建立与消散过程

对落锤冲击造成饱和砂土中的冲击压力进行了测量。通过测量得到了冲击时饱和砂土中超孔隙水压力的建立和消散过程。分析了多次冲击对超孔隙水压力建立的影响。得到了一次冲击就能使饱和砂土达到完全液化的冲击强度临界值．     

可液化地层中矩形隧道的上浮响应分析

在地震荷载作用下易导致饱和砂土液化从而引起地下结构发生上浮,以往多集中于圆形隧道的研究。文章基于有限差分软件FLAC2D,建立饱和砂土中土体和地下矩形隧道结构相互作用分析模型,充分考虑孔隙水与土之间的耦合,分析地下结构在地震过程中超孔隙水压力变化、加速度反应、上浮位移以及结构周围土体的变形规律。并探讨矩形隧道结构埋深、断面面积和断面长宽比对结构上浮位移的影响规律。分别提出评价矩形隧道上浮位移与结构埋深和断面面积的计算公式,利用此公式可以为类似工程中隧道结构的抗震稳定性分析提供指导和借鉴。     

砂桩加固液化砂土振动台试验中的孔隙水压力

以砂桩加固液化砂土的振动台试验为基础,通过测试加固与未加固模型土、同一桩距不同桩长下加固液化砂土的孔隙水压力,试验得出,未加固模型土埋深较浅的土层易液化,液化持续的时间较长,并随着深度的增加,液化程度有减小的趋势.     

碎石挤密桩处理可液化地基

用碎石挤密桩处理可液化地基已逐渐应用,实践证明,采用碎石桩处理可液化地基,除可提高地基的承载力外,还可有效地消除液化,因而碎石桩的应用越来越广泛。1 对可液化地基的分析饱和砂土地基,由于砂土的孔隙中含有大量水分,地震时水分不能及时排出,引起孔隙水压力上升,使砂土处于离散状态,即产生液化,从而使土丧     

土液化特性中的几点发现

本文介绍了近二十年来在我国水利水电科学研究院进行饱和土振动液化试验研究中发现的几个重要特性。它们包括应力状态对饱和砂土振动液化过程中孔隙水压力变化的影响,颗粒排列对砂土骨架结构振动稳定性的影响,饱和砂土在振动作用下孔隙水压力的产生、消散和扩散机理,以及粉土（少粘性土）液化可能性的评价准则等等。这些特性都是当今研究液化问题中被重视和感兴趣的题目。文中表达了作者对这些问题的看法。     

Shaking table test on underwater slope failure induced by liquefaction

Sand liquefaction is a process in which the excess pore water pressure of saturated sand soils increases and the effective stress of saturated sand decreases under the action of vibration, resulting in the transition of sand soils from the solid state to the liquid state. In this paper, an underwater sand slope model containing the upper sand slope and the bottom non-liquefied clay layer was designed. The whole process of large deformation of flow liquefaction from the solid state to the liquid state was reproduced by the shaking table test and recorded by the high-definition particle image velocimetry (PIV) equipment. Four main influencing factors: the acceleration amplitude of the shaking table, the frequency of the shaking table, the relative density of the sand slope, and the slope ratio of height and width of the sand slope, were considered. During the test, the dynamic response characteristics of acceleration and excess pore water pressure (EPWP) within the underwater sand slope model were monitored and analyzed in the whole deformation process to reveal the mechanism of the sand liquefaction process and the law of development and provide data support for subsequent research.     

基于流动性的饱和砂砾土液化机理

砂砾土的地震液化至今仍存较大的争议,相应的液化机理解释主要沿用传统的砂土液化分析思路和方法。利用动态圆柱扭剪仪开展了100 mm直径、3组典型级配（含砾量分别为37%,45%和60%）的饱和砂砾土试样循环动三轴实验。基于实验得到的应力-应变率关系曲线,定义了反应饱和砂砾土流动性的平均流动系数和流动性水平。实验发现,初始动应力比对不同含砾量下的平均流动系数-孔压比关系曲线无影响;相对密度越大、含砾量越大,饱和砂砾土的流动性水平越低;有效固结压力对饱和砂砾土平均流动系数-孔压比关系曲线的影响与含砾量相关。推测饱和砂砾土在循环荷载下的流动性由其粗粒接触状态和数量决定;粗粒间的接触在高孔压状态下不能顺利解除是饱和砂砾土与饱和细粒土抗液化性能的本质区别。提出的基于流动性的饱和砂砾土液化机理较好地解释了以上现象。     

地震时地下连续墙围束效应与围束土壤超孔隙水压力之探讨

以三维有限元程序仿真研究受地下连续墙围束土壤其受震时之反应。以1995年阪神地震波为输入条件,土体为中紧密度砂土及疏松砂土时发现:随着地震方向地下连续墙位置之靠近,围束体内部的土体最大水平向位移将跟着减少,其中又以在中紧密度砂的效果明显于松砂之效果;在松砂中之超孔隙水压生成速度明显比中紧密砂快;中紧密砂中之超孔隙水压于受激发过程会因土体剪胀之故,局部期间有下降现象;中紧密砂之液化因地下连续墙围束效应明显降低。     

透水性混凝土桩施工中超孔隙水压力变化特性试验

为研究透水性混凝土桩施工中产生的超孔隙水压力的变化规律,通过在现场埋设孔隙水压力计的方法,监测并分析了振动沉管法单桩施工过程中及施工后桩周土体的超孔隙水压力随时间、径向距离及深度的变化,并根据监测结果分析了透水性混凝土桩单桩施工对桩周地基的影响。结果表明:对于高地下水位的粉性土地基,桩周土体的超孔隙水压力在沉管结束时达到最大值,之后消散速率较快,完全消散时间较短,且距桩越近,超孔隙水压力的上升与消散速率越快;超孔隙水压力在径向上与深度上大致呈现递减趋势,距桩越近,超孔隙水压力越大;地基土体的液化范围与加固范围的空间分布呈上大下小的漏斗形。提出的适用于透水性混凝土桩的施工工艺可为类似工程的设计与施工提供参考。     

Ko固结饱和土沉桩引起的超静孔隙水压力

根据饱和粘土中沉桩特点,用柱孔扩张理论模拟其贯入过程,将扩张后周围土体分为塑性区和弹性区,由柱孔扩张基本平衡方程和边界条件,采用能够考虑天然状态土体实际固结性状的K_o固结土体本构模型的屈服面方程为屈服准则,以对数应变考虑桩周土体发生的大变形,结合Henkel孔压公式,推导出沉桩后桩周超静孔隙水压力的理论表达式。通过算例分析了土体剪切模量、临界状态应力比、超固结比和静止侧压力系数对超静孔隙水压力的影响。同时,与基于修正剑桥模型解答和工程实例进行对比分析,理论计算值和现场实测值吻合较好,表明理论结果的合理性与实用性。     

Influence of initial conditions on the liquefaction strength of an earth structure

Liquefaction has been the major source of damage for structures and infrastructures in most recent earthquakes, as it induces loss of strength and stiffness in soils, resulting in settlement of buildings, landslides, and failure of pipelines and earth dams. Such a phenomenon is primarily associated with saturated cohesionless soils and strong-motion seismic events able to induce pore water pressure build-up. Even though the degree of soil saturation is strictly related to the oscillation of groundwater table and to the interaction flows (namely precipitation and evaporation) between the exposed surface and the atmosphere, the initial distribution of pore water pressure is commonly simplified in liquefaction potential analysis and the presence of unsaturated soil layers is almost always neglected. To try to fill this gap, this work investigates the effect of the initial distribution of pore water pressure on the liquefaction strength evaluation, considering the potential presence of unsaturated soil layers. The work uses as case-study a well-investigated inhabited levee damaged by the 2012 Emilia earthquake. The initial distribution of pore water pressure within the dyke is carried out by solving the Richards equation in steady-state and transient conditions, assuming as boundary conditions the evolution of potential flows recorded at the site in the time period including the earthquake event. The cyclic resistance of unsaturated soils is considered during the execution of dynamic analyses in effective stress conditions. Results of the analyses show that initial conditions influence the liquefaction strength of earth structure and that neglecting the cyclic resistance of unsaturated soils is not a conservative assumption.

     

基于触变流体理论的可液化土体振动孔压模型

明确可液化土体的振动孔压增长过程是土体液化分析和液化效应评价的关键问题。基于Moore型触变性流体结构理论,利用不同类型土体的32个不排水循环三轴试验证实了液化过程中的土体内部结构的破坏过程与振动孔压增长过程存在等价关系,验证了循环荷载下可液化土体的孔压触变机制。在此基础上,基于孔压触变流体速率方程构建了可液化土体的振动孔压增长模型,发现模型蕴含的振动孔压产生和增长机制可从能量角度获得合理解释。试验结果表明,模型中的振动孔压增长速率参数与土体有效围压、初始相对密度及循环应力比密切相关。利用该模型对不排水循环三轴试验进行了仿真模拟,验证了模型的合理性和可靠性。最后,讨论了模型的主要特点及可能的应用前景,为土体液化分析提供一种新的技术手段。     

Prediction of pore water pressure generation leading to liquefaction under torsional cyclic loading

Undrained cyclic loading tests were performed under torsional shear in a hollow cylindrical apparatus on four sands of various densities, initial stress levels, gradings and origins to establish the pattern of excess pore water pressure generation with cycles leading to initial liquefaction. Two equations were derived to predict this pattern. The first is based on the method introduced by Ishibashi et al. (1977) and incorporates density and the effective stress level into the original equation. The second involves a unique relationship between the excess pore water pressure and the shear work imparted to the sand and it was obtained independent of the shear stress amplitude when the dissipated shear work was normalized with respect to density and the effective stress level. The excess pore water pressure required to induce liquefaction was found to necessitate lower normalized shear work from finer sands. These equations can be used to assess the liquefaction potential and/or can be directly related to the amount of seismic energy dissipated in the field.