爆炸地震波荷载下饱和砂土液化有效应力法分析

基于有效应力动力分析法，采用Byme体变孔压模型，运用二维显式有限差分程序FLAC对饱和砂土分别在单点、两点（微差）和多点（微差）爆炸地震波荷载作用下进行有效应力法分析，分别考虑了水平、微倾以及斜坡场地3种工况，数值模拟结果表明，少量参数的体变模型在进行液化分析时具有简单实用等特点，并且不同场地的砂土特性不尽相同。     

爆炸液化场地上堤坝变形的模型试验研究

饱和砂土地基在地震、爆炸等振动荷载作用下易发生液化,从而使堤坝等上部构筑物发生破坏。开展了爆炸液化场地上堤坝变形的大型模型试验,考虑了筑坝材料以及堤坝地基加固措施对堤坝变形和坝身裂缝的影响。试验表明:堤坝沉降主要发生在场地液化后的1~2 h内,该段时间内产生的沉降占7 d时沉降量的84%~87%;掺加了碎石的堤坝比未加碎石的堤坝7 d时沉降量大24%;地基内采用土工格栅+土工布的加固措施能够有效减少堤坝在液化场地上的沉降,比未加固的堤坝沉降减少了10%。堤坝的裂缝主要出现在细骨料筑成的坝段和不同筑坝材料的交界处,沿坝身开展。总结了国内外规范中对于液化地基沉降的计算及预测方法,根据液化地基上浅基础建筑物沉降图表对试验中的堤坝沉降进行了推算,发现实测沉降与推算沉降比较接近。     

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。     

饱和砂土地基液化特性振动台试验研究

饱和砂土地基试验是研究碎石桩复合地基抗液化性能振动台试验的先导和必要组成部分。本文采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了两个饱和砂土地基模型的三次振动台试验,验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力,得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时,探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术,如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等,为今后开展此类试验提供一般的研究思路,并且为后续碎石桩复合地基振动台试验提供了必要的技术经验。     

砂土液化后再固结体变规律表征与离心模型试验验证

针对一定相对密度的饱和砂土,首先开展单元体K₀固结试验和振动液化试验研究,发现饱和砂土液化后体变规律受再沉积和再固结两种机制制约：其中再沉积部分与所受振动历史密切相关,尤其是液化触发后的应变历史,土骨架累积剪应变比越大、再沉积体变越大;而再固结部分受先期固结历史和循环振动历史影响显著,再固结曲线会沿原有正常固结曲线趋势发展,其稳定段再压缩指数比相同条件下的正常固结曲线的压缩指数稍大。据此提出了考虑先期固结和振动历史的砂土液化后体变模型和简化算法,将再沉积和再固结两者统一表达成再固结体变,并建议了再固结压缩指数和假设起始应力的确定方法。进一步开展了水平场地地震液化离心机模型试验,监测模型固结和振动液化过程的沉降,从模型尺度进一步揭示砂土液化后体变规律,并初步验证了本文模型与简化算法的有效性。     

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。     

沉积成层饱和粉土质砂振动孔压发展规律的试验研究

具有层状结构砂土的力学特性有别于纯净的砂土或含有一定细粒含量均匀混合砂土,利用自行制作的土样制备箱采用水中沉砂法制备沉积成层粉土质砂,通过动三轴液化试验研究这种沉积成层饱和粉土质砂的振动孔压发展规律。试验结果发现:对于沉积成层饱和粉土质砂,孔压一般达不到有效固结压力,仅为有效固结压力的70%~80%,而相应的轴向双幅应变可达到0.05左右;当围压为50 kPa时,其振动孔压发展模式可用反正弦函数表示;当围压为100,200 kPa时,其振动孔压发展模式都可用双曲线函数表示。     

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。     

动态土工真三轴仪在砂土液化研究中的应用

为了模拟实际场地中土体变形和强度特性,研究开发了揭示侧限条件下饱和砂土震动液化机理的试验方法。文中采用了动态真三轴试验系统,该设备采用刚性板加柔性面的混合边界加载装置,并应用先进的CATS试验控制系统。试验结果表明应用动态土工真三轴仪进行砂土液化实验是可行的,并初步分析了侧限条件下的液化机理,即土体将在轴向压力、侧压和孔隙水压力相等的条件下发生液化,表明振动荷载过程中的应力重分布对砂土液化强度和孔隙水压力发展等具有显著的影响。     

砂土液化势剪切波速简化判别法的改进

结合压电陶瓷弯曲元波速测试技术开展了饱和标准砂的不排水循环三轴试验,并根据试验结果改进了以往提出的利用剪切波速进行砂土液化势判别的简化方法。这种方法本质上基于砂土抗液化剪切强度与弹性剪切模量之间良好的相关性。用改进后的方法全面评价了26次地震、70多个液化场地的液化势,并与国内外其他液化势简化判别法的判别结果作了比较。分析结果表明,改进后的简化方法的评价结果与现场震害调查数据更趋一致。最后,通过一个实例分析]示了利用该改进方法进行土层液化势判别的一般步骤。该改进方法仍有待于深入研究,尤其是对密实砂土场地在强震下的液化评价,需要进一步的试验和现场数据加以佐证。     

创刊词——为积极开展岩土工程学的研究而努力

岩土工程学报终于和读者见面了,这是我国岩土工程学界值得高兴的事情。出版岩土工程学报的目的,就是为了充分发扬学术民主,开展学术交流,促进岩土工程这门科学技术的发展,从而使我国尽快改变目前的落后面貌,赶上国际先进水平。 建国初期或五十年代,我国在江淮平原修建了许多主体水利工程,例如,一系列水库,水闸等,这些工程不仅推动了我国经济建设飞速前进,而且也为我国岩土工程学的发展创造了有利条件。在这些工程中,我国科研人员和工程技术人员成功的运用了一些先进的施工方法和施工技术,同时也使岩土工程方面的试验研究工作取得了一定的进展。     

移动荷载作用下高速铁路轨道-路基-地基耦合系统振动加速度的空间分布特征

为获得移动荷载引起的加速度的空间分布,基于多尺度和精细化建模技术,建立了350 km/h的双线高速铁路轨道-扣件-轨枕-轨道板-CA砂浆层-底座板-基床表层-基床底层-路基本体-地基为一体的耦合大系统非线性真三维数值分析模型。采用动接触算法模拟底座板底面和基床表层表面之间的动力相互作用,采用三维黏弹性静-动力统一人工边界技术模拟无限地基的辐射阻尼和弹性恢复性能,考虑移动荷载作用前路基中客观的静应力状态对后续动力计算的影响和地基土、路基填筑材料的非线性,借助于大规模并行计算技术,模拟了地基的初始应力场生成、轨道系统和路基的施工过程和随后8辆编组高速动车组的运行过程。基于分析结果,总结了轨道-路基-地基系统各部分的振动加速度在时间和空间上的分布特征,验证了实体单元模拟轨道空间振动响应的优势。     

Blast-induced rock damage control in Fangchenggang nuclear power station,China

In the process of blasting excavation, stress wave propagation and gas expansion can basically induce damage to surrounding rocks, which is detrimental to rock mass integrity and engineering safety. In this case, evaluation and control of blast-induced effects are essential to the safety of nearby buildings and integrity of bedrock in blasting field. In Fangchenggang nuclear power station of China, the drill-and-blast method was employed for bedrock excavation. In order to reduce the blast-induced damage zone, the wave propagation and associated damage to rock mass should be carefully investigated. In this paper, the wave propagation regressively obtained from field monitoring data was presented based on empirical formula (e.g. Sadovsky formula). The relationship between the peak particle velocity (PPV) at a distance of 30 m away from the charge hole and charge per delay in blast design was derived. Meanwhile, the acoustic tests before and after blasting were conducted to determine the damage depth of rock mass. The charge per delay in blast design was then calibrated based on the blast-induced wave propagation regularity. The results showed that a satisfactory effect was achieved on blast-induced damage control of rock mass. This could be helpful to rock damage control in similar blasting projects.     

刚性桩加固软弱地基上路堤的稳定性问题(Ⅰ)——存在问题及单桩条件下的分析

目前各类刚性桩在软土路基加固中已有较多应用。首先对复合抗剪强度极限平衡法存在的问题进行了分析。在此基础上,基于刚性桩的刚度及强度特征,采用三维有限差分方法和二维强度折减有限差分数值方法,针对刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定分析,对单桩位于路堤下不同位置时的路堤稳定性进行了研究,并与传统复合抗剪强度极限平衡法稳定分析结果进行对比。结果表明,当路堤下单桩位于不同位置时,路堤填筑过程中桩土相互作用机理、桩的破坏形式及桩对路堤稳定的贡献机理不同,桩的刚度对路堤稳定存在显著影响。路堤趋于稳定破坏时,位于路堤下不同位置的刚性桩的弯曲破坏比剪切破坏更易于发生。对刚性桩加固路堤,复合抗剪强度极限平衡法不能反映不同位置单桩的破坏机理,将显著高估路堤稳定性。     

天然粗粒盐渍土大型路堤模型试验研究

西北地区分布着大量的粗粒盐渍土,研究其作为路堤填料的适用性,可充分利用当地资源和节约公路工程建设费用。为了使试验结果更准确地反映工程实际情况,在对天然粗粒盐渍土进行不同方法的化学成分分析试验、模拟季节交替冻融循环试验、有（无）附加荷载单次降温盐胀试验及大型溶陷试验的基础上,开展了多次冻融循环条件下大型路堤模型试验。结果表明：两种化学成分分析试验-规范法和过 5 mm 筛法分别得到的易溶盐含量相差较大,过 5 mm 筛法能更准确指导实际工程的施工;随着含水率的增加,粗粒盐渍土的盐胀量和溶陷量亦逐渐增大,溶陷累加性较显著; 50 kPa 附加荷载抑制该天然粗粒盐渍土的盐胀量可达 85% 以上;经多次冻融循环后,大型路堤表面的最大盐胀率仅为 0.44% ;该天然粗粒盐渍土可用于上部路堤填料。     

爆生自由面对边坡微差爆破诱发振动峰值的影响

 深入研究爆生自由面对边坡微差爆破诱发振动峰值的影响,对爆破方案优化和安全控制具有重要指导意义。通过白鹤滩水电站边坡多段微差爆破试验,对同排第一段和后续段的爆破诱发振动进行对比分析,并采用SPH-FEM耦合方法,对同排不同段爆破的岩体破碎过程和诱发振动进行模拟。研究表明,在岩体条件和单段药量相同的前提下,爆生自由面对爆破诱发振动峰值有显著影响,多段微差爆破中同一排第一段爆破所诱发的振动幅值比后续段爆破的更大。在多段微差爆破设计过程中需要考虑爆生自由面的影响,从控制爆破振动的角度,同一排的不同段的控制药量并不相等,应适当减小同一排第一段爆破的段装药量。     

桩侧土液化对单桩承载力性状影响研究

打入式基桩施工引起的持续振动可引起桩周土液化 ,降低桩侧摩阻力 ,从而影响单桩承载力。通过对 6根空心预制管桩的静载荷试验 ,分析了桩周土液化对单桩承载力性状的影响机理 ,指出了单桩承载力最终将随龄期的增长而逐步恢复 ,在龄期大于 4 0d时 ,承载力基本趋于稳定     

Seismic stability of embankments subjected to pre-deformation due to foundation consolidation

It has been reported that the major cause of earthquake damage to embankments on level ground surfaces is liquefaction of foundation soil. A few case histories, however, suggest that river levees resting on non-liquefiable foundation soil have been severely damaged if the foundation soil is highly compressible, such as thick soft clay and peat deposits. A large number of such river levees were severely damaged by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake. A detailed inspection of the dissected damaged levees revealed that the base of the levees subsided in a bowl shape due to foundation consolidation. The liquefaction of a saturated zone, formed at the embankment base, is considered the prime cause of the damage. The deformation of the levees, due to the foundation consolidation which may have resulted in a reduction in stress and the degradation of soil density, is surmised to have contributed as an underlying mechanism. In this study, a series of centrifuge tests is conducted to experimentally verify the effects of the thickness of the saturated zone in embankments and of the foundation consolidation on the seismic damage to embankments. It is found that the thickness of the saturated zone in embankments and the drainage boundary conditions of the zone have a significant effect on the deformation of the embankments during shaking. For an embankment on a soft clay deposit, horizontal tensile strain as high as 6% was observed at the zone above the embankment base and horizontal stress was approximately half that of the embankment on stiff foundation soil. Crest settlement and the deformation of the embankment during shaking were larger for the embankment subjected to deformation due to foundation consolidation.