有地下结构的饱和砂土液化宏细观离心机试验

利用自行设计的离心机细观图像观测系统,在离心机上对有地下结构的饱和砂土层进行了地震液化宏细观模型试验。离心机细观图像观测系统主要由高速摄像机、地铁车站模型和工控机组成。摄像机安装在地铁车站模型内部,通过深埋和浅埋车站模型可以实时动态记录地震发生过程中砂土地基不同深度砂颗粒运动细观图像,同时测量了加速度和超孔隙水压力等宏观地震响应特性。利用图像处理技术对拍摄的细观照片进行分析,从颗粒运动特性、颗粒长轴定向、接触法向、接触数和孔隙率等细观组构参量的动态变化揭示不同深度的饱和砂土地基液化的细观机制。试验表明：深层砂土在地震作用下的运动表现为类似管涌特征,颗粒长轴经过地震后偏向竖直方向,而浅层砂土的运动表现为砂沸,颗粒长轴排列地震后较均匀。饱和砂土地震响应宏观特征与细观组构变化具有良好的一致性。试验结果有助于从细观层面揭示砂土液化的机理。     

松原5.7级地震砂土液化研究

2018年5月28日吉林省松原市宁江区发生M5.7级地震,震中地区出现典型罕见的大范围砂土液化现象。通过震害现场调查,结合钻探取样、标贯试验、波速测试及静力触探等试验测试手段,查明震害情况和场地特性,初步分析此次大范围砂土液化的形成条件和影响因素。调查结果表明,此次地震液化区域面积约80km2,宏观现象主要以水稻田内表喷水冒砂为主,未造成建筑物大规模破坏,且区域内土层分布相对单一,液化分布主要受地震动、地形地貌及地下水位等因素控制;液化土层埋深主要在10m以内,并且钻探揭露一处埋深17m左右黏土层中的液化砂土上升通道,证明本次地震中出现明显的深层砂土液化现象,该现象在地震现场调查往往被忽略;静力触探在鉴别液化层位、获取土层物理力学参数上具有一定优势,较适用于震后现场调查工作。另外,松原市具有发生更大规模砂土液化的可能性,在防震减灾规划及建设工程勘察设计等项目中,对该地区的砂土液化情况需进行专门研究。     

珊瑚土工程场地地震液化特征解析

通过剖析近期大地震珊瑚土液化震害调查资料,对比陆相土液化研究成果,取得珊瑚土工程场地液化特征的一些基本认识,并指出珊瑚土液化研究的关键问题。分析表明:珊瑚土工程场地在遭遇强地震作用时会出现与陆相砂土、砾性土场地一样的液化及破坏现象,且会成为人造岛(礁)地震破坏的主因;地表峰值加速度0.10g(地震烈度七度)为目前触发珊瑚土层液化的最小地震强度,液化可发生在珊瑚土吹填层或泻湖沉积物中;实际工程场地中的珊瑚土层为由砾到粉土的宽级配无黏性土组成,并非砂土,发现的已液化珊瑚土与已液化陆相砾性土的颗粒级配类似;高剪切波速珊瑚土层会发生液化,触发渗透性较好的珊瑚土层液化需要特殊埋藏条件,现有砂土液化判别方法不适于珊瑚土工程场地;我国南海地区岛礁工程存在遭遇强地震客观风险,且其珊瑚吹填土级配与历史地震液化珊瑚土和砾性土级配接近;珊瑚土场地液化风险研究的关键是珊瑚土液化性态的实验室复现、现场珊瑚土层密实程度界定技术和液化判别技术。     

砾性土层液化的触发条件

天然沉积砾性土场地液化是一个超出现有认识与现有规范的新问题,其触发条件至关重要,从震害现场调查提炼出相关认识最为可靠,是后续研究的基础和导引。鉴于2008年汶川地震砾性土液化规模远超以往,以其调查结果为主,综合历史砾性土液化全部资料,提出砾性土层液化的触发条件。现有资料分析表明:0.15g应为触发天然沉积砾性土层液化的地表最低地震强度,大规模砾性土层液化发生则需要0.2g~0.4g(Ⅷ度区)的地震强度;松散和接近松散状态是天然砾性土层液化的基本条件,液化砾性土密实度可随地震强度增大而增高但仍以稍密状态为上限;液化砾性土含砾量可达85%及更大,并且不随地震强度减弱而降低;高剪切波速天然砾性土层会发生液化,砾性土与砂土密实程度的剪切波速分界线相差悬殊,砂土液化判别公式不适于砾性土层;上覆渗透性差非液化土层(帽子)的存在是地下砾性土层可发生液化的必要条件,可称为帽子效应,此厚度至少应为0.5 m;地下水位与帽子间不能有过厚的可排水层间隙也是下卧砾性土层可发生液化的必要条件,可称为间隙效应,此间隙上限可取为2.0 m;区别于砂土液化判别方法,砾性土液化判别需要埋藏条件方面的特殊要求,否则容易出现误判。     

液化土层中单桩地震动力响应分析

地震作用时,地基土液化前后的本构模型是不同的,考虑桩土共同作用的非线性关系,利用FLAC3 D有限差分软件研究液化土层中地震荷载的大小、持续时间对单桩动力响应的影响。结果表明:地震的持续时间和强度均对砂土层的反应情况有较大影响,在持续时间相同、强度不同的地震作用下,地震强度越大,砂土层液化的范围也越大;在持续时间不同、强度相同的地震作用下,地震持续时间越长,土层发生液化的可能性越大;由于桩土动力相互作用,砂土层的液化对桩身的侧向位移影响很大,不仅影响侧向位移的大小,还影响侧移的方向。     

可液化土层中地下车站的地震反应分析

由于液化后应力应变行为模拟的困难及数值计算的不稳定性,可液化土层中地下结构的动力反应分析是岩土工程的难点课题之一。基于作者提出的能够模拟饱和砂土液化后大应变响应的弹塑性循环本构模型,采用完全耦合的饱和土动力反应分析程序,对阪神地震中破坏的大开车站进行分析,说明考虑液化变形的土与地下结构动力相互作用分析方法及其有效性。从饱和砂土单元在液化过程中的应力应变响应角度,揭示了地层和车站的大剪切变形与饱和砂层液化程度的关系,分析了大开车站地震破坏的原因。     

已有建筑物下液化地基处理

由于地震力使地基失稳而造成建筑物的破坏事故,其中由砂土液化产生过大的地基下沉及水平变形而引起的破坏,在平原地区占51%,在山区占28%。因此近年来,地基的动态预测和砂土液化判别方法以及采取适当的措施来提高砂土抗液化能力已成为各种建筑物抗震设计的主要内容。对于液化土的设计稳定性问题,取决于一系列因素的综合影响,如土的类别、密实程度、颗粒组成、颗粒形状、透水性、结构性等是产生液化的内部条件;而地震烈度、地面震动的持续时间和受力条件则是液化的外部条件。因而必须在多种因素共同起作用的条件下,从总体上去综合认识饱和砂土的振动液化特性。经过判别认为砂土地基有发生液化破坏的性质,应当尽量地避免直接用可液化的砂土层作建筑物地基,否则就应采取加密措施以提高饱和砂土抗液化的能力。在加密措施问题上,要根据液化机理,分析产生液化的内因和外因,有针对性地采取措施,才能切实有效地提高地基的抗液化能力。     

黄河三角洲饱和粉土层地震液化判别方法 及液化特征研究

 黄河三角洲地区存在大量的粉土层，在地震作用下可能出现液化破坏。根据不同的沉积历史选取4个典型研究区，通过现场标准贯入试验、静力触探试验和剪切波速测试等原位技术对黄河三角洲地区饱和粉土层的地震液化判别方法及其液化特征进行分析。结果表明，综合采用静力触探和标准贯入试验进行液化判别的方法结果较好；在黄河三角洲地区，地震液化破坏主要发生在埋深1～5 m的黏粒含量为10%～15%的饱和粉土层中，建议该地区粉土层的地震液化初判条件中考虑土层埋深的影响，同时对是否发生液化的临界黏粒含量百分率做适当调整。     

黄河三角洲饱和粉土层地震液化判别方法及液化特征研究

黄河三角洲地区存在大量的粉土层,在地震作用下可能出现液化破坏。根据不同的沉积历史选取4个典型研究区,通过现场标准贯入试验、静力触探试验和剪切波速测试等原位技术对黄河三角洲地区饱和粉土层的地震液化判别方法及其液化特征进行分析。结果表明,综合采用静力触探和标准贯入试验进行液化判别的方法结果较好;在黄河三角洲地区,地震液化破坏主要发生在埋深1～5 m的黏粒含量为10%～15%的饱和粉土层中,建议该地区粉土层的地震液化初判条件中考虑土层埋深的影响,同时对是否发生液化的临界黏粒含量百分率做适当调整。     

玻璃珠砂土再液化行为的试验研究

地震实例和室内试验证明砂土初次液化后还能再次液化,且再液化抵抗能力较之初次液化有降低趋势。为了调查玻璃珠砂土的再液化行为,验证砂土再液化抵抗能力降低是否与砂颗粒形状有关,本研究用小型振动台对饱和玻璃珠砂土试样进行前后多次加载,通过各次加载中超孔隙水压力上升情况判断玻璃珠砂土能否再液化及其再液化抵抗能力是否降低。试验结果表明,玻璃珠砂土能否再液化与振动持续时间有关;玻璃珠砂土再液化抵抗能力低于初次液化,从而证明砂颗粒形状不是砂土再液化抵抗能力降低的主要原因。     

砂砾土液化判别的基本方法及计算公式

2008年汶川8.0级大地震中液化现象显著且砂砾土液化占很大比重,而我国一些地区砂砾土分布广泛,发展相应液化预测和判别方法十分必要。我国规范液化判别方法来源于砂层（细粒土）液化资料,且按规范规定标准贯入试验不适于砂砾场地,故现有规范中基于标贯的液化判别方法对砂砾土不可行。以汶川大地震液化震害调查和现场测试为基础,提出了基于超重型动力触探试验（动探试验）的砂砾土液化判别方法并建立了计算模型和公式。结果表明：砂砾土液化判别由初判和复判两部分组成,初判以排除不可能液化及可不考虑液化影响情况为目标,复判则可采用动探击数N₁₂₀为基本指标的计算模型。初判包括地质年代、埋藏条件和含砾量3个条件,复判模型则由动探击数基准值、含砾量、砂砾土埋深、地下水深度和地震烈度等5个参数组成。根据此次地震液化砂砾土埋深及地下水位变化范围较大的特点,采用归一化方法导出动探击数基准值,利用优化方法推导出砂砾土深度及地下水位的影响系数。提出的砂砾土液化判别方法,较全面地考虑了砂砾土液化的影响因素,复判模型和公式表达简单明了,回判成功率较高,且与现有规范具有连续性,便于工程应用。     

Shaking table test and theoretical analysis of the pile–soil–structure interaction at a liquefiable site

Pile foundations are widely used to support high‐rise buildings, in which piles transmit foundation loads to soil strata with higher bearing capacity and stiffness. This process alters the dynamic characteristics of the pile–soil–structure system in seismically active areas, especially at a liquefiable site. A series of shaking table tests on liquefiable soils in pile group foundations of tall buildings were performed to evaluate the liquefaction process and dynamic responses of the pile, soil, and structure. The soil was composed of two layers: the upper layer was a clay layer and the lower layer was saturated sand. These layers were placed in a flexible container that was excited by El Centro earthquake events and Shanghai Bedrock waves at different levels. The test results indicate that the pore pressure ratio is gradually enhanced as the amplitude of the input acceleration increases. The liquefied sand has a filtering effect on the vibration with a high frequency and an amplified effect on the vibration with a low frequency. With increased excitation, contact pressure and strain amplitudes of the pile increase, whereas the peak acceleration magnification coefficient decreases. The seismic responses of a structure with pile–soil–structure interaction are generally smaller than those on a rigid foundation.     

液化土层中桩基抗震性能振动台试验研究

通过振动台试验,研究了饱和砂土中桩基的振动特性,对桩土振动过程中的动力相互作用有了初步的认识。根据试验结果,做出了砂土液化后,距模型桩不同位置处的砂土的动力p-y曲线与API推荐做法得到的静力p-y曲线,并对两者进行了比较,说明了饱和砂土液化降低了模型桩的横向承载能力,但并没有使模型桩的横向承载能力完全丧失。提示工程设计人员在对可液化砂层的横向承载能力进行考虑时,完全不考虑可液化砂层的横向承载能力是保守的。     

Effects of System Compliance on Liquefaction Behavior of Thin Sandy Layer in Undrained Cyclic Triaxial Tests

In a case history of dip slope failure caused by the 2004 Niigata-ken Chuetsu Earthquake, it has been reported that the slope contained a thin sandy soil layer. The layer may have liquefied if it had been saturated at the time of the earthquake. Undrained cyclic triaxial tests comprise one of the available experimental approaches for evaluating the liquefaction behavior of such thin sandy soil layers. In this study, a series of undrained cyclic triaxial tests was performed on specimens containing an artificial sand layer in order to investigate the effects of system compliance that are possibly induced by partial drainage caused by the changes in volume of the filter paper used to saturate the sand layer and the local drainage at the interface among the specimen, the top cap and pedestal, and the rubber membrane. The observed liquefaction behavior depended on the thickness of the sand layer under otherwise similar conditions, suggesting the significant effect of system compliance. By conducting special tests, while correcting the partial drainage, it was possible to reduce its effect on the liquefaction behavior. Cylindrical specimens with a top cap and pedestal, all having the same diameter, exhibited a smaller effect from partial drainage than prismatic specimens with an oversized top cap and pedestal.     

地震荷载作用下饱和砂层孔隙水压力的增长与消散

本文用有限元法对地震荷载和不同排水条件下陡河水库土坝砂基中孔隙水压力的增长与扩散过程,以及振动结束后孔隙水压力的重分布与消散过程进行了计算分析。通过动力三轴试验,给出了饱和砂的残余孔隙水压力的全量表达式和不同液化破坏阶段的临界孔隙水压力比的表达式。本文定义了液化势评价准则,并对该坝在1976年唐山大地震时的稳定性进行了分析。得到的结果能较好地说明宏观破坏现象,同时也表明砂砾井和砂砾层有明显的排渗作用。     

德阳松柏村典型液化震害剖析

2008 年 5 月 12 日中国发生的 8.0 级汶川大地震中, 位于 Ⅶ 、 Ⅷ 度交接处的德阳松柏村液化破坏十分明显, 喷砂类型丰富,液化伴随大量地裂缝,液化加震现象十分显著 , 具有典型研究价值。对该村进行了详细的现场测试并 与以往液化震害进行了对比分析,结果表明： 尽管松柏村地表主要喷出物是中砂和粗砂,但实际液化土与喷出物差别显著,主要为砂砾土液化;以往还没有提出过适于工程应用的砂砾土液化判别方法,而超重型动力触探（ DPT ）具有设备简单、经济实用、测试数据连续的优点,可作为砂砾土液化预测的核心指标; 松柏村大量地裂缝现象不是由次断层造成而是由土层液化引起,而液化产生地裂缝的基本条件为地表较平坦（ <3% ）以及液化土层水平分布不均匀; 液化减震的基本条件为上覆非液化层足够厚且较为密实,但定量评价方法还有待进一步研究。     

Characteristics of liquefaction in Tokyo Bay area by the 2011 Great East Japan Earthquake

The 2011 Great East Japan Earthquake caused the severe liquefaction of reclaimed lands in the Tokyo Bay area, from Shinkiba in Tokyo through Urayasu, Ichikawa and Narashino Cities to Chiba City. However, the reclaimed lands that had been improved by the sand compaction pile method, the gravel drain method or other methods did not liquefy. The reclaimed lands that did liquefy had been constructed after around 1966 with soil dredged from the bottom of the bay. The dredged and filled soils were estimated to have been liquefied by the earthquake. Seismic intensities in the liquefied zones were not high, although the liquefied grounds were covered with boiled sand. Most likely it was the very long duration of the main shock, along with the large aftershock that hit 29 min later, which induced the severe liquefaction. Sidewalks and alleys buckled at several sites, probably due to a kind of sloshing around of the liquefied ground. Moreover, much sand boiled from the ground and the ground subsided significantly because the liquefied soil was very fine. Many houses settled notably and tilted. In Urayasu City, 3680 houses were more than partially destroyed. Sewage pipes meandered or were broken, their joints were extruded from the ground, and many manholes were horizontally sheared. This remarkable damage may also have occurred due to the sloshing around of the liquefied ground.     

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。     

5.12地震中德阳旌阳区地震液化特征

针对目前对汶川8.0级地震产生的地震液化现象认识较少的情况,通过较详尽的现场调查以及收集相关地震、水文及地质资料,讨论汶川地震德阳市旌阳区地震液化分布及其特征问题。研究结果表明本次地震液化具有如下特点:(1)液化范围广,但分布不均匀,液化危害程度差距较大,液化的强弱受震动强度、水文及地质条件的影响;(2)地震液化的分布与区域水文地质条件、工程地质条件呈良好的对应关系;(3)地震液化与地裂缝有伴生性,且地裂缝与河流方向相近;(4)砂砾石层液化是本次地震液化的主要特征,是以往地震没有发现的现象。