飽和砂礫料液化及液化后變形與強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究.pdf

1、飽和土體在地震等動荷載作用下發(fā)生液化及液化后大變形會對液化區(qū)的各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生災(zāi)難性的破壞。以往對液化及液化后變形的研究主要是針對飽和砂土和粉土進(jìn)行的。由于砂礫料的顆粒較大，透水性較好，傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為砂礫料為非液化土。然而，現(xiàn)場震害調(diào)查表明：飽和砂礫料在地震荷載作用下也會發(fā)生液化，大多數(shù)發(fā)生液化的礫石土中同時包含砂礫和砂土。由于試驗(yàn)設(shè)備、技術(shù)等原因，有關(guān)砂礫土動力特性問題的研究尚不充分，尤其是飽和砂礫土的液化特性的研究更是少見。迄今，在研究

2、砂礫土液化時，常規(guī)做法是剔除實(shí)際砂礫土中的大顆粒，用剩余的顆粒成分 (本文稱為模擬料)代替實(shí)際砂礫土進(jìn)行試驗(yàn)。論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金“飽和砂礫土的液化特性及變形、強(qiáng)度參數(shù)的相關(guān)性研究”(No.50578029) 和大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金“飽和砂礫土的液化特性研究”(No.LP0505)，采用高精度中型動三軸儀對飽和砂礫料液化、液化后變形與強(qiáng)度特性、再固結(jié)體變特性及動強(qiáng)度、動剪切模量和阻尼比特性進(jìn)行了深入研究。

3、主要工作內(nèi)容如下： 分別利用中型 (直徑200mm) 和小型 (直徑61.8mm) 動三軸儀，針對論文中選定的砂礫料和剔除砂礫料中大于5 mm粒徑顆粒并采用相似級配法得到的模擬料，對比研究二者在液化過程中的孔隙水壓力和軸向應(yīng)變的發(fā)展規(guī)律。著重比較了砂礫料和模擬料在振動荷載作用下孔壓、應(yīng)變發(fā)展模式的區(qū)別。建議了飽和砂礫料在循環(huán)振動荷載作用下孔壓發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并給出了模型參數(shù)的取值范圍。 采用中型三軸儀，設(shè)計了適合研究飽和

4、砂礫料液化后靜力再加載的變形特性的試驗(yàn)方法，考察了相對密度、初始有效固結(jié)壓力、液化安全率和循環(huán)動應(yīng)力比等因素對飽和砂礫料液化后靜力再加載變形特性的影響。結(jié)果表明：飽和砂礫料液化后靜力再加載時其應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系與未經(jīng)振動荷載作用的試樣明顯不同，可分為三個階段：模量恢復(fù)段、模量穩(wěn)定段和塑性流動變形階段。相對于飽和砂土而言，砂礫料液化后不存在很大應(yīng)變范圍內(nèi)抗剪強(qiáng)度近乎為零的現(xiàn)象。提出了確定液化后靜力再加載試驗(yàn)曲線特征物理量的方法，該方法避免了確

5、定特征物理量的隨意性帶來的主觀誤差，保證了物理量之間關(guān)系分析的準(zhǔn)確性?；谠囼?yàn)結(jié)果，建立了可綜合考慮初始有效固結(jié)壓力、液化安全率和抗液化應(yīng)力比等影響因素的飽和砂礫料液化后靜力再加載應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系的三直線模型，并給出了參數(shù)確定方法。將模型添加到有限元程序中，對理想砂礫料壩進(jìn)行了液化后變形分析，驗(yàn)證了模型的數(shù)值分析可行性。 對飽和砂礫料振后再固結(jié)體變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：初始固結(jié)壓力對砂礫料振后再固結(jié)體變有明顯影響，但不同初

6、始固結(jié)壓力下孔壓比與再固結(jié)體變歸一性良好。動荷載特性對再固結(jié)體變影響不大，再固結(jié)體變與荷載引起的最大剪應(yīng)變有較好的相關(guān)性。隨試樣相對密度增大，再固結(jié)體變呈減小趨勢。根據(jù)砂礫料試驗(yàn)結(jié)果和 Ishihara對砂土的試驗(yàn)結(jié)果，提出了飽和砂礫料和飽和砂土液化后再固結(jié)體變的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系以及應(yīng)用該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系預(yù)測土體液化后沉降的方法。對飽和砂礫料液化前后的動強(qiáng)度特性、動模量和阻尼比特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。對飽和砂礫料的動強(qiáng)度、最大剪切模量與圍壓和相對密度的關(guān)系

7、，動剪切模量和阻尼比與動剪應(yīng)變的依賴關(guān)系進(jìn)行了綜合分析，并給出了相應(yīng)的取值范圍。為便于應(yīng)用，建議了歸一化動剪切模量和阻尼比與動剪應(yīng)變依賴關(guān)系的取值范圍和平均值曲線，給出了擬合公式的參數(shù)取值，并將其與 Seed 等和 Kyle 等對飽和砂礫料動力特性的研究結(jié)果進(jìn)行對比。 對排水條件下經(jīng)過預(yù)振荷載作用的砂礫料試樣進(jìn)行了動強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了預(yù)振荷載作用對動強(qiáng)度的影響；對液化后的砂礫料試樣進(jìn)行模量阻尼試驗(yàn)，分析了不同動應(yīng)力比和液化安全率條