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宝鸡市台塬黄土震陷特性研究

郭乐  
【摘要】: 黄土独特的结构特征使其对地震等动荷载作用敏感而复杂,黄土震陷性质研究在黄土地区的重大基础建设及城市建设中具有重要意义。本文利用西北大学大陆动力学国家重点实验室GDS动三轴测试系统,在应力控制下,对宝鸡市台塬原状黄土的震陷性质进行了研究。 在总结黄土基本动力特性、黄土震陷试验研究及震陷机理研究等黄土动力学研究现状的基础上,以宝鸡地震小区划项目为依托,选取典型台塬黄土场地,综合现场勘察取样与室内试验,定性与定量分析相结合,进行机理分析与模型建立,对台塬黄土震陷性质进行了全面的研究,取得了一些有价值的研究成果。 首先,通过现场勘察、静三轴试验、黄土粒度分析试验、X-RAY能谱分析等手段,对典型台塬黄土的地层结构特征、物质组成特征及静力学性质进行了试验研究,为黄土震陷试验与分析提供了研究基础。 其次,通过GDS施加等效循环荷载,研究了不同深度(1m、3m、5m)原状黄土的震陷性质。结果表明,不同深度黄土震陷曲线具有相似的规律,典型震陷曲线表现为初始变形、曲线变形及剪切变形三个阶段,由于试样物理性质及结构性差异,震陷曲线往往具备某些阶段特征;建立了震陷曲线的分段函数模型,表明震陷基本参数起始动应力受含水量影响最显著,随含水量增加而减小,临界动应力与极限动应力受含水量影响不明显,但含水量大于塑限后随含水量增加而减小。震陷基本参数与孔隙比呈非线性关系,存在一特征孔隙比,当大于该特征孔隙比后,震陷基本参数随孔隙比增大而减小。在模型分析基础上首次提出一种表征震陷敏感性的指标—震陷敏感性系数Sc,反映震陷发生的剧烈程度,综合分析其随含水量的增加而增大,随孔隙比的增加而增大。3m深度黄土的震陷敏感性系数最高,最易发生震陷变形。 再次,在对黄土震陷影响因素分析基础上,通过建立黄土微观结构模型,利用基本力学元件进行力学假设与抽象,从动应力与水对模型的作用进行分析,阐释了震陷的颗粒剪切滑移微观机制及宏观形成过程。针对笔者试验中发现的含微裂隙等缺陷的黄土震陷,首次提出了震陷形成的微裂隙扩展机理。在黄土震陷变形特征与突变理论分析基础上,运用震陷试验成果建立了黄土震陷的尖点突变模型,进一步深化了对黄土震陷机理的认识。 最后,基于动三轴震陷试验数据,经主成分分析(PCA)构建主成分指标,建立了台塬黄土震陷系数预测的PCA-BP模型,与直接BP预测模型相比,具有收敛速度快,预测精度高等优点。进而选取贾村塬典型黄土台塬场地,基于分层总和法思想,对台塬黄土场地进行了震陷评价,当amax≥300gal时,属于中等震陷,amax300gal时,属于轻微震陷或基本完好地基。综合宝鸡市地震小区划结果,该场地在遭受50年超越概率10%及2%地震作用时,均发生轻微震陷。


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