细粒含量对粉土液化及液化后影响的试验研究

摘要

液化是研究较早的课题，先后开展了砂土液化可能性影响因素研究、预测液化发生的经验公式研究、粉土液化研究、砂土液化后变形研究。到目前为止，还未见系统地研究粉土液化后问题。粉土是由砂粒、粉粒、粘粒三种颗粒组成的特殊土类，粉粒和粘粒统称为细粒。当粘粒、粉粒含量变化时粉土的动强度、振动孔压性状及液化后变形特性等问题都值得深入研究。 本文首先开展了细粒含量对粉土液化及液化后影响的试验。基于试验结果分析了细粒含量变化对粉土动强度的影响；建立了粉土振动孔压发展模式，考虑了细粒含量的影响规律；分析了不同影响因素下的粉土液化后应力－应变关系；最后进行了粉土地基液化后侧向变形预测。全文的主要研究内容如下： 1．利用河海大学全自动多功能静动三轴仪进行了液化试验，研究细粒含量对动强度的影响。粉土样的粘粒含量变化为3％、6％、9％、12％、15％，粉粒含量变化为50％、60％、70％、80％。试验结果表明，不仅干密度影响动强度，粘粒含量和粉粒含量变化对动强度影响也较大。干密度对动强度的影响已经进行得较多了，试验重点研究细粒含量变化对动强度的影响。当粘粒含量变化时，粘粒含量对动强度的影响并不是单调变化的，在粘粒含量为8％左右动强度达到最低值，这也与很多学者的结论相似。粉粒含量对液化动强度的影响呈单调变化，随着粉粒含量增加，动强度逐渐增加。通过分析颗粒在粉土液化过程中的作用初步解释了这两种现象。 2．试验研究了粉土振动孔压发展性状，本文的研究弥补了以往分析孔压发展的缺陷。试验记录了从动加载开始至初始液化然后继续施加动荷载的过程，试验在达到一定的液化程度才停止；而以往的研究在达到初始液化标准时就停止试验，这不能反映粉土振动孔压发展的全过程。由试验结果建立了一个粉土等压固结条件下的振动孔压发展模式，该模式含有两个试验系数a、b。试验还研究了不同粘粒含量和不同粉粒含量对孔压发展的影响。研究结果表明，系数b体现了细粒含量对粉土振动孔压发展的影响。通过分析振动过程中粘粒和粉粒含量变化时粉土的结构变化可解释细粒含量对粉土振动孔压的影响。 3．利用全自动多功能静动三轴仪的特殊功能，开展了粉土液化后变形特性试验。对粉土液化后变形的影响因素进行了讨论，考虑了不同干密度、不同有效固结压力、不同粘粒含量、不同粉粒含量、不同液化程度等对粉土液化后变形的影响。试验结果表明，粉土液化后变形分为两个阶段：低强度段和强度恢复段。低强度段应力很小，而产生的应变很大；强度恢复段应力逐渐恢复。干密度、有效固结压力、粘粒含量、粉粒含量、液化程度都对液化后变形的两个阶段有不同程度的影响。 4．由液化后试验结果推导得到粉土液化后变形模式，描述了液化后应力─应变关系。并把粘粒含量和粉粒含量的影响考虑到液化后应力─应变关系上，得到一个综合反映干密度、粉粒含量、粘粒含量影响的液化后应力─应变关系式。 5．在以上研究的基础上，进行了近水平粉土场地液化后侧向变形预测，最后通过一个示例描述了该方法的应用。

目录

文摘

英文文摘

前言

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 砂土液化研究现状

1.2.1 砂土液化研究综述

1.2.2 液化机理研究

1.3 粉土地震液化研究现状

1.3.1 预测地震液化可能性的研究

1.3.2 液化室内试验研究

1.3.3 粉土动孔压响应试验研究

1.4 砂土液化后研究现状

1.4.1 液化引起地面侧向位移的震害调查研究与经验公式

1.4.2 室内试验研究

1.4.3 液化后地面位移数值计算方法

1.4.4 液化后机理

1.5 粉土液化及液化后存在的问题

1.6 本文的主要研究内容和技术路线

1.6.1 本文的主要研究内容

1.6.2 本文的技术路线

第二章 饱和粉土振动三轴试验

2.1 引言

2.2 粉土的基本性质

2.2.1 基本物性指标

2.2.2 颗粒组成及分类

2.3 试验仪器介绍

2.4 粉土试样制备及试验方法

2.4.1 试验制备

2.4.2 试验方法

2.5 试验结果整理与液化强度分析

2.6 细粒含量对粉土动强度影响的解释

2.7 本章小结

第三章 饱和粉土动孔隙水压力性状试验研究

3.1 引言

3.2 试验过程

3.2.1 试样准备

3.2.2 试验过程

3.3 试验结果分析

3.3.1 典型粉土振动孔压试验成果

3.3.2 饱和粉土动孔压发展模式的建立

3.3.3 粘粒含量对饱和粉土振动孔压影响的试验

3.3.4 粉粒含量对饱和粉土振动孔压影响的试验

3.3.5 试验系数a，b的粘粒含量和粉粒含量影响性分析

3.3.6 试验结果验证

3.4 本章小结

第四章 饱和粉土液化后变形特性试验研究

4.1 引言

4.2 试验仪器及试样制备

4.3 液化后试验方法及过程

4.4 不同影响因素粉土液化后变形试验

4.4.1 不同干密度试验

4.4.2 不同有效固结压力试验

4.4.3 不同液化程度试验

4.4.4 控制粉土中不同粘粒含量影响的试验

4.4.5 控制粉土中不同粉粒含量影响的试验

4.5 饱和粉土液化后应变特性分析

4.6 本章小结

第五章 饱和粉土液化后应力应变关系分析

5.1 引言

5.2 饱和粉土液化后应力应变关系推导

5.2.1 两种应变的定义

5.2.2 低强度段应变推导

5.2.3 强度恢复段应力--应变推导

5.3 试验结果验证

5.3.1 与砂土对比验证

5.3.2 干密度影响试验验证

5.3.3 粘粒含量影响液化后变形试验验证

5.3.4 粉粒含量影响液化后变形试验验证

5.3.5 综合考虑干密度、粘粒含量及粉粒含量影响时的验证

5.4 本章小结

第六章 粉土地基液化后侧向变形预测

6.1 引言

6.2 液化后侧向变形分析

6.3 液化后侧向变形预侧的思路及示例

6.3.1 液化后侧向变形思路及步骤

6.3.2 粉土地震液化引起的侧向变形预测示例

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 全文总结

7.1.1 全文主要工作

7.1.2 全文主要创新

7.2 存在的问题及研究展望

参考文献

致谢

附录