复杂初始应力状态下松砂多向循环单剪特性

松砂极易液化,微小的应力状态变化也会影响其液化特性。基于多向循环单剪试验,采用松砂作为试验材料,开展不同静剪应力大小、方向和复杂剪切路径下的循环单剪试验,研究复杂初始应力状态下松砂循环单剪特性,得到以下主要结论:(1)随静剪应力比增大,试样剪应力峰值增大,第1个循环内孔隙水压力增量变大,试样更易液化;初始静剪应力大小对孔隙水压力的影响在剪切初期更显著。(2)随初始静剪应力和动剪应力主轴之间夹角增大,试样在X方向的剪应力峰值减小,试样孔隙水压力加速增长,在第1个循环以及最后1个循环内孔隙水压力增量变大,循环间差值增大,试样更易发生瞬时液化。(3)8字形剪切路径试样的应力-应变滞回圈面积最大,每个循环消耗能量最多,圆形剪切路径次之,直线剪切路径最小。复杂剪切路径会在剪切开始时诱发孔隙水压力的突然增加,加大各循环中孔隙水压力的增量,试样更易液化。(4)影响松砂液化因素的排序为:初始静剪应力与动剪应力夹角、剪切路径、初始静剪应力大小。

各向异性固结下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性

珊瑚砂是海洋成因的碳酸盐土,碳酸钙含量大于90%,由于其赋存条件特殊,波浪与地震作用导致珊瑚砂的循环应力状态异常复杂。为探究复杂静、动应力状态下饱和珊瑚砂的不排水循环反应特性,利用GDS空心圆柱扭剪仪对南沙珊瑚砂开展不同固结条件下90°跳转循环应力路径的系列不排水循环剪切试验。试验结果表明:各向异性固结条件下,超静孔压u_(e)和广义剪应变γ_(g)的增长速率随固结方向角α_(c)的增大而显著增加,而随固结比kc的增大而显著降低。在相同固结条件下,u_(e)和γ_(g)的增长速率随循环加载方向角α_(σ)的增大表现出先增后减的趋势。提出循环偏应力比q_(a)/S_(PT)(循环偏应力幅值q_(a)与不排水单调剪切试验得到的相变强度SPT之比)作为循环应力水平指标,不同的固结条件和循环加载路径下,饱和珊瑚砂的抗液化强度曲线有唯一性,且q_(a)/S_(PT)与失效循环次数N_(L)呈负幂函数关系。结合修正的SPT预测公式,以q_(a)/S_(PT)作为表征复杂静、动应力条件下抗液化强度指标更具简单且适用范围宽的优点。

不同循环加载方式下饱和珊瑚砂的液化流动特性

循环荷载作用下饱和砂土的超静孔压累积是导致土体液化的原因,将可液化砂土视为流体是一种较新的液化研究思路。通过循环应力主轴90°跳转和连续旋转的均等固结、不排水循环剪切试验,探究了不同循环加载方式下饱和珊瑚砂的液化流动特性,发现以初始表观黏度η0规准的表观黏度比η/η0与超静孔压比ru的关系受循环应力路径的影响显著,η/η0随ru的增大而渐进衰退;而平均流动系数k随r_(u)的增长呈指数函数形式增大。循环应力比CSR(CSR=0.25~0.40)和循环加载频率f(f=0.1~1 Hz)对η/η0-ru和k-r_(u)关系的影响均不敏感。不论循环应力主轴90°跳转或连续旋转,发现表观黏度梯度和平均流动系数梯度均随ru的增大呈现出先增后减的特征,其反转点的ru≈0.9,可视为饱和珊瑚砂由固态向液态转变的相变孔压比ruth,以相应的相变平均流动系数k_(th)规准的k/k_(th)-r_(u)的所有试验数据点处于一个窄带内,且k/k_(th)随r_(u)增长服从指数函数关系。

橡胶砂液化特性的动扭剪试验研究

为研究橡胶砂的液化特性,在不同的橡胶质量掺量、循环应力比、相对密实度、频率和有效围压工况条件下对橡胶砂进行动扭剪试验,分析橡胶砂的动力剪切应力-应变关系、动弹性模量和阻尼比的发展趋势.结果表明:橡胶颗粒质量掺量越高,橡胶砂越不易液化,广义剪切应变越小,橡胶砂越不易破坏;在橡胶颗粒掺量一定的情况下,试样破坏周次随循环应力比增大而减少;相对密实度和有效围压增大时,试样的剪切应变降低、抗液化能力增强,而剪切频率增大时,抗液化能力减弱;随着剪切应变和橡胶颗粒掺量的增加,试样弹性模量逐渐降低,阻尼比逐渐增大.

地震触发砂土液化总应力判别法──以北京密云水库白河主坝震害为例

在二维应力状态下，地震在土体中不仅产生动水平剪应力τνｈ，而且引起在一般情况下不可忽略的竖向动正应力σｖ及水平动正应力σｈ。在研究地震触发砂土液化的应力条件及液化判别方法时应考虑这三种动应力的联合作用．本文基于莫尔－库伦强度准则，采用总应力方法，研究能够考虑地震动水平剪应力τｖｈ、竖向动正应力σｖ及水平动正应力σｈ共同作用的砂土液化判别准则，并且以北京密云水库白河主坝震害为例，说明这种液化判别准则的有效性及其使用方法。

在二维应力状态下地震触发砂土液化动应力条件

在二维应力状态下，地震在土体中不仅产生动水平剪应力τhd，而且也引起在一般情况下不可忽略的竖向与水平动正应力差[σvd－σhd]／2，二者定义为动偏应力之二分量，均应是评估土体或土工结构物变形及稳定性的主要因素．本文给出了在地震动偏应力二分量共同作用下，土单元中最大往返剪切作用面及其上最大动剪应力比[τd／σs］max的确定方法．据此，提出了地震触发砂土液化的应力条件及液化判别准则。

饱和南京细砂初始液化后特大流动变形特性试验研究

针对地震中倾斜场地砂土液化流动大变形特征与机理,以具有明显片状颗粒结构特征的南京细砂为研究对象,采用了英国GDS公司的动态空心圆柱扭剪仪,开展了饱和南京细砂液化后特大流动变形特性的循环扭剪试验研究,主要分析了橡皮膜效应、有效围压、循环加载幅值和初始静剪应力等因素对南京细砂液化流动大变形特性的影响规律及其机理。试验结果表明:在其它条件不变时,随着有效围压增加,饱和南京细砂抗液化强度和抗单向液化流动累积变形强度都有所增加。当保持围压不变时,饱和南京细砂抗单向液化流动累积变形的强度有增加的趋势。随着初始静剪应力比的变大,南京细砂的抗液化和抗单向累积变形强度特征可以分为三个不同阶段。在无初始静剪应力条件下饱和南京细砂液化后仍以循环液化流动变形为主和单向流动累积变形为辅。但是,随着初始静剪应力比的增大,饱和南京细砂抗液化强度和抗单向液化流动累积变形强度明显降低,即主要发生单向液化流动累积变形破坏。当初始静剪应力比接近或超过循环动剪应力比时,饱和南京细砂的抗液化和抗单向流动累积变形的强度又明显增大,但仍以液化单向流动累积破坏为主。当初始静剪应力比继续增大到一定程度时,饱和南京细砂已经很难液化,其抵抗单向累积变形的强度也明显降低,主要原因应为此时试样发生的是塑性累积大变形破坏。同时,试验结果表明饱和南京细砂的液化后流动大变形特性也明显区别于含圆形颗粒为主的日本丰浦砂。

孔压增长下双曲线模型参数研究

采用双曲线模型描述可液化土层动力本构关系的关键是给出循环荷载作用下饱和砂土循环最大剪切模量和循环极限剪应力。针对不同相对密度的几种砂土,通过新型高精度动三轴仪均等固结不同等幅循环应力作用下的液化试验,研究孔隙水压力对饱和砂土循环最大剪切模量和循环极限剪应力的影响模式和规律,提出了考虑孔压增长下的砂土循环最大剪切模量和极限剪应力的具有不同精度的计算公式。主要结果为:孔压增长对饱和砂土循环最大剪切模量和极限剪应力影响明显,循环最大剪切模量比和极限剪应力随孔压比的上升不断降低;孔压增长下饱和砂土循环最大剪切模量和孔压比的关系可表达成与砂土类型及相对密度无关的统一线性关系式,孔压比等于循环最大剪切模量的相对减小量;孔压增长下饱和砂土循环极限剪应力和孔压比的关系,精确要求下可表达成与砂土类型及相对密度相关二次曲线关系;简化考虑下可以表达为与砂土类型及相对密度无关的统一的线性关系式,孔压比等于循环极限剪应力的相对减小量;孔压增长下饱和砂土循环最大剪切模量并不服从Hardin初始最大剪切模量计算公式,若以此计算将导致液化过程中循环最大剪切模量估计过高,特别是在孔压比为0.6~0.8的敏感区间内,循环最大剪切模量会被高估约80%~140%。

南京饱和细砂液化后大变形条件下动剪切模量衰减特征研究

针对南京饱和细砂液化后特大变形条件下(双幅剪应变接近100%)应力-应变关系特征,分析了有效围压和初始静剪应力比等因素对南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线的影响规律,即在液化后多次循环加载条件下零有效应力阶段、剪胀阶段和反向卸载阶段的剪切模量随单向流动累积变形的衰减特征。结果表明:有效围压、初始静剪应力和循环加载幅值对南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线在零有效应力阶段和剪胀阶段的剪切模量大小及其衰减特征的影响不明显,而对反向卸载阶段的剪切模量大小和衰减特征的影响相对较大。随着有效围压和加载幅值分别增大,南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线反向卸载阶段剪切模量都有明显增大的趋势,同时其剪切模量随后续循环加载次数的衰减速度也变快。但随着初始剪应力的增大,该阶段剪切模量随后续循环加载次数的衰减速度有减慢的趋势。同时,基于试验结果,给出了南京饱和细砂初始液化后特大变形条件下应力-应变关系曲线在不同阶段的剪切模量与单向流动累积变形有关的衰减函数及其拟合参数确定方法。

在二维应力状态下土体地震动偏应力的特征

地震作用在土体中产生的动偏应力包括动水平剪应力τｖｈ 和动正应力差［σｐ － σｈ］ ／２ 。

未胶结钙质砂静力和循环强度的单剪试验研究

通过等体积的单调和循环单剪试验研究南海未胶结钙质砂的静、动力反应,讨论应力水平和相对密实度对钙质砂静、动力强度的影响,并与典型的石英砂性质进行比较。在单调单剪试验中,中密和密实钙质砂在100～400 k Pa范围的初始竖向应力下都表现出应变硬化的性质,有效内摩擦角随剪应变增大。在循环单剪试验中,钙质砂的反应与相对密实度和初始竖向应力密切相关,但中密和密实钙质砂中的等效孔压都能达到初始竖向应力的85%～90%,此时剪应变突增,试样发生破坏。与相近密实度的石英砂相比,钙质砂抵抗液化的能力更强。提出了南海钙质砂动强度的归一化表达式,建立了不排水静强度、不排水动强度和循环次数之间的关系。

核设施勘察中抗震Ⅰ类物项饱和砂土地基的液化判别

把多种方法应用于某核设施勘察中,针对抗震Ⅰ类物项饱和砂土地基液化判别,认为现行核电厂抗震设计规范对液化判别的安全度与核设施破坏的严重后果不匹配.学者建议的基于SPT和剪切波速液化判别方法的安全裕度高于现行抗震规范,建议对抗震Ⅰ类物项饱和砂土除按照规范进行液化判别外,应采用最新的液化判别研究成果进行对比分析.根据实际工程情况,建议抗震Ⅰ类物项液化概率控制值可由4%调整到8%、名义抗液化安全系数可由1.45调整为1.2.对基于剪切波速的液化判别曲线,指出了在特定条件下会出现不符合常理的计算结果,应结合地质资料综合判定是否液化.