饱和砂土剪切波速与抗液化强度相关性的研究

摘要

在饱和砂土的震动液化研究中,剪切波速与其抗液化强度的相关性是一个至今尚未完全解决的重要问题.针对这种情况,该文进行了以下几方面的工作.首先,研究了如何通过扭转振动实现测试土样剪切波速的基本原理,提出了用压电陶瓷实现扭转振动的两套技术方案,进而开发出在三轴压力室内测试饱和砂土试样剪切波速的两种新型传感器,在此基础上,形成了剪切波速与振动三轴联合试验装置,这些是该研究得以开展的硬件基础.进一步,该文针对具有代表性的4类12种饱和砂土、进行了大量原状与重塑土样的剪切波速与振动三轴液化试验.提出了在三轴压力室内改变土样初始剪切波速的有效方法.这里的研究结果表明,在一定的破坏应变标准范围内,饱和砂土的剪切波速与其抗液化强度具有唯一对应关系.这一结论为确定原位饱和砂土的抗液化强度提供了依据和试验方法,也为按照剪切波速定量评价饱和砂土的抗液化强度奠定了基础.首次基于大量原状和重塑砂土的剪切波速与振动三轴液化联合试验数据,建立了依据剪切波速确定饱和砂土抗液化强度的关系式.该关系式可以反映实际土层的应力状态、细颗粒含量和地震强度等因素的影响.用174个现场液化勘察资料对该式的可靠性进行了检验,结果表明:该式的判别正确率可以达到71.2％.为了提高判别正确率,又基于大量试验数据建立了评价砂土液化的BP神经网络模型.该模型以剪切波速、固结应力、砂土细颗粒含量和振动次数为基本输入参数,经过训练后,该模型可以直接预测出砂土的抗液化强度.实际预测结果表明,这里建立的BP模型判别正确率优于解析公式的方法.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.1.1基本概念

1.1.2砂土液化的影响因素

1.1.3目前使用的液化判别方法及相关研究

1.2以剪切波速为指标的液化判别方法研究现状

1.2.1砂土的抗液化能力与Vs(或Gmax)的相关关系

1.2.2相关试验设备的使用及研制

1.2.3土类对饱和砂土液化强度及剪切波速的影响

1.2.4临界剪应变的取值问题

1.3本论文研究的目的与内容

第二章扭剪法测试土样剪切波速的原理

2.1引言

2.2扭剪波速测试原理的数学表述

2.2.1扭剪波动方程及其解

2.2.2弥散性对剪切波速测试的影响

2.3扭剪振动的实现

2.3.1用压电陶瓷的剪切振动模式实现扭剪振动

2.3.2用压电陶瓷的厚度振动模式实现扭剪振动

第三章剪切波速传感器及联合试验装置的研制

3.1测试土样剪切波速的传感器

3.1.1剪切波传感器声阻抗的匹配及扭转谐振频率的确定

3.1.2传感器抗干扰措施

3.1.3传感器的基本性能参数及率定

3.1.4传感器的可靠性标定

3.1.5传感器的性能检测

3.2与其他剪切波速测试方法的比较

3.2.1与共振柱方法的比较

3.2.2与压电陶瓷弯曲元方法的比较

3.3联合试验装置

3.3.1土样剪切波速传感器与动三轴仪的配合

3.3.2测量精度的控制

3.4小结

第四章饱和砂土的剪切波速与抗液化强度之间的相关关系

4.1控制振动三轴试样初始剪切波速的方法

4.1.1控制土样初始剪切波速的意义

4.1.2控制方法

4.2试验研究

4.2.1试验土样的基本物性及试验过程

4.2.2试验结果与分析

4.3液化判别标准对剪切波速与抗液化强度之间关系的影响

4.4小结

第五章判别饱和砂土液化的剪切波速标准

5.1试验结果汇总及分析

5.1.1试验结果汇总

5.1.2剪切波速判别公式的建立

5.2室内试验与现场测试结果的等效及应用

5.3与其他研究成果的比较

5.3.1用现场勘察资料对公式可靠性的验证

5.3.2与已有研究成果的比较

5.4小结

第六章砂土液化判别的神经网络模型

6.1人工神经网络构成的基本原理

6.1.1人工神经元模型

6.1.2人工神经网络的基本特征

6.2 BP网络模型

6.2.1 BP网络结构

6.2.2 BP网络算法

6.3砂土液化判别的BP神经网络模型

6.3.1网络结构

6.3.2网络的学习训练

6.3.3神经网络的检验

6.3.4在MatLab环境下BP网络程序

6.4小结

第七章结论及建议

7.1主要工作总结及得到的结论

7.2今后研究的展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文及科研情况

附录1剪切波速与振动三轴联合试验数据汇总

附录2地震场地勘察资料

致谢