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《河海大学》 2003年
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地震液化引起的地面大变形试验研究

周云东  
【摘要】: 饱水砂土地震液化引起的地面大变形会对液化区的各种结构产生灾难性的破坏,在过去的几次大地震中均发现有因地面大变形而导致的破坏现象,但目前对该问题的研究较为欠缺,有关饱水砂土液化问题现有的研究基本都局限在初始液化之前,在饱水砂土地震液化的影响因素、产生的机理及条件、液化势的判别等方面积累了大量的研究成果,而液化后问题的研究才处于起步阶段。本文结合国家自然科学基金“地震液化引起的地面大位移研究”(No.59809004)对饱水砂土液化后的相关问题进行了研究。主要工作内容如下: 参与研制了振动扭剪全自动多功能三轴仪,并利用其独特试验功能设计了一套饱水砂土液化后特性的试验方法,试验过程中模拟地震作用的动加载过程及模拟大变形发生的静加载过程均采用应力控制的方式进行,试验方法跟现场条件更为接近并用该试验方法对相对密实度、固结压力、液化度等对液化后变形特性的影响进行了研究。结果表明液化后加载时变形将会表现出截然不同的两段,即低强度段和强度恢复段,其中低强度段试样的强度极低,在剪应力增加极小的情况下土体将发生大的变形,随试样的相对密实度不同低强度段的应变可达百分之几到百分之几十,该段试样中的有效应力近似为零;而强度恢复段随应变的增长试样中的有效应力将逐步上升,土体的模量逐步得到恢复直至与液化前的模量相近。砂土液化后模量随应变增加而增大的特性与常规三轴试验中模量随应变增大而减小的特性不同,相对密实度、液化度、初始有效固结压力等都以特定的方式对影响着液化后的变形特性。 采用常规动三轴试验对饱水砂土动加载后的再固结体变特性及其相对密实度、动荷载波形等影响因素进行了试验研究,重点对初始有效固结压力对再固结体变的影响进行了研究,研究发现动荷载波形及频率不会对土体的再固结体变特性构成影响,在动荷载使得土体达到初始液化之前固结压力对再固结体变的影响也较小,而当土体达到初始液化之后,固结压力对再固结体变的影响不可忽略,根据大量有关固结压力影响的试验结果提出了一个可考虑初始有效固结压力、相对密实度、液化度等影响的再固结体变计算公式。 根据动加载液化后静扭剪时试样将在近乎为零的有效应力下发生大的应变,以及液化后再固结时体变的绝大部分都发生于有效应力近似为零的阶段的试验现象,对饱水砂土液化后大变形机理进行了分析,提出了大变形的机理,指出动加载使得饱水砂土颗粒趋于紧密,土体中的水体有被压缩的趋势以及液化后砂土的剪胀特性是造成液化后特殊应力应变关系的根本原因,其中动加载导致的土体体变势反映了水体的压缩程度,可由再固结规律来描述,砂土液化后的剪胀特性对于一定颗粒特征及相对密实度的土体而言可以认为是维持不变的。 摘要 基于大变形机理以及文中提出的再固结体变公式提出了一个饱水砂土液化后本构 模型,模型不寻求液化后整个加载过程中的应力应变反应,将液化后过程分成低强度 段和强度恢复段两段来分别进行表达,因为低强度段应变产生于极小的剪应力作用下 因此认为该段应变是必然会发生的,强度恢复段应变的大小取决于土体所受剪应力的 大小。该模型可考虑初始有效固结压力、相对密实度、液化度等对液化后变形特性的 影响。 基于上述本构模型及分层总和法的概念提出了一个大变形简化预测分析方法,并 用该方法给出了一个预测示例。
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