高粘粒含量砂性土液化可能性與動(dòng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)研究.pdf

1、地震液化會(huì)導(dǎo)致巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，液化評(píng)價(jià)的相關(guān)研究具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。目前，基于純凈砂和含粉粒砂土的液化相關(guān)研究已經(jīng)比較完善，而針對(duì)較高粘粒含量砂土液化行為的研究則比較匱乏，對(duì)于其液化規(guī)律和內(nèi)在實(shí)質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。人們?cè)缙谡J(rèn)為僅純凈砂土?xí)l(fā)生地震液化，而具有塑性的較高粘粒含量砂土/粉土則不發(fā)生地震液化。近些年全球范圍的多場(chǎng)重大地震中，都出現(xiàn)了細(xì)粒土的液化實(shí)例，這引起了相關(guān)學(xué)者對(duì)高粘粒含量砂性土液化問題的關(guān)注。大量的含粉粒土體

2、液化研究和少量的含粘粒土體液化研究表明，含細(xì)粒土體的特性隨著細(xì)粒含量的變化呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。低細(xì)粒含量時(shí)土體表現(xiàn)為類似純凈砂土的動(dòng)力特性;隨細(xì)粒含量增加，土體逐漸表現(xiàn)出粘性土特性;而在接近“類砂土”到“類粘土”轉(zhuǎn)換臨界細(xì)粒含量(TFC)時(shí)，土體同時(shí)具備砂性土和粘性土的土體特性，這一細(xì)粒含量區(qū)間也被稱為“過渡帶”。本文主要針對(duì)高粘粒含量砂土，開展一系列室內(nèi)試驗(yàn)并結(jié)合課題組已有研究成果分析粘粒對(duì)于土體液化特性的影響。希望通過大量的室內(nèi)動(dòng)三軸

3、試驗(yàn)和合理的對(duì)照分析，深入理解粘粒對(duì)土體液化特性的影響規(guī)律，揭示含粘粒砂土地震液化機(jī)制，通過建立能夠適用于不同粘粒含量的含粘粒砂土CRR-Vs1表征模型，為實(shí)際工程場(chǎng)地中含粘粒砂土的液化評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。主要的研究內(nèi)容包括:
　　1.提出利用超固結(jié)比OCR控制低塑性砂性土結(jié)構(gòu)性的試驗(yàn)方法:“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的液化判別方法是通過室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果反應(yīng)原位土體特性的典型方法，合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)的關(guān)鍵在于采用有效的方法使得室內(nèi)土體試樣的結(jié)構(gòu)性恢復(fù)至原位水平

4、，并同時(shí)保證試樣的孔隙比及應(yīng)力狀態(tài)與原位土體保持一致。已有研究提出了一種預(yù)振的方法僅能夠有效地恢復(fù)純凈砂土試樣的結(jié)構(gòu)性，而本文所提出的超固結(jié)方法，則可以有效恢復(fù)較高粘粒含量且具備一定塑性土體試樣的結(jié)構(gòu)性?；谕馏w試樣的應(yīng)力路徑、Hardin公式和線彈性理論推導(dǎo)，驗(yàn)證超固結(jié)方法的合理性并給出設(shè)計(jì)超固結(jié)比的計(jì)算方法。
　　2.粘粒含量(CC)對(duì)砂性土剛度特征的影響規(guī)律:針對(duì)高粘粒含量(CC30、CC40)砂土開展測(cè)試剪切波速的分級(jí)固結(jié)

5、試驗(yàn)，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到CC30、CC40含粘粒砂土的Hardin曲線擬合結(jié)果，與已有的低粘粒含量砂土(CC0、CC10、CC15、CC20)Hardin曲線整合分析，擬合Hardin公式中參數(shù)（A，n）與粘粒含量(CC)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)以CC20為界限，Hardin公式中參數(shù)（A，n）在較低和較高兩段粘粒含量(CC)范圍內(nèi)差異較大且隨CC呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)?？紤]本文所用含粘粒砂土（蕭山粘土&福建細(xì)砂）的“類粘土”、“類砂土”轉(zhuǎn)換臨界粘粒

6、含量(TFC)是20％左右，因而認(rèn)為類砂和類粘土的剛度特征差異較大且受粘粒含量影響變化規(guī)律不同，應(yīng)分開考慮。試驗(yàn)過程選擇同時(shí)考慮砂顆粒和粘土顆粒對(duì)土骨架貢獻(xiàn)的等效骨架孔隙比作為本次試驗(yàn)的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)。
　　3.粘粒含量對(duì)砂性土動(dòng)強(qiáng)度的影響規(guī)律:針對(duì)CC30含粘粒砂土開展系統(tǒng)的動(dòng)三軸液化試驗(yàn)，補(bǔ)充特定密實(shí)度CC10和CC20的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)，并結(jié)合已有的低粘粒含量砂土(CC0、CC10、CC20)動(dòng)三軸液化試驗(yàn)結(jié)果，分析特定等效骨架孔隙比（

7、e*）、不同CC含粘粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度曲線，總結(jié)粘粒含量對(duì)于土體試樣動(dòng)強(qiáng)度曲線的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)不同密實(shí)狀態(tài)（e*=1.0105，e*=0.7977，e*=0.6873）含粘粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度隨粘粒含量變化規(guī)律不同，結(jié)合不同密實(shí)度砂土受動(dòng)荷載作用下的體變特性，分三種情況總結(jié)粘粒含量對(duì)于含粘粒砂土動(dòng)強(qiáng)度的影響規(guī)律。
　　4.建立含粘粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度剪切波速表征模型:基于不同密實(shí)度試樣動(dòng)三軸液化試驗(yàn)結(jié)果建立CC30含粘粒砂土的CRR-Vs1表征模

8、型。根據(jù)前文的分析結(jié)果，將CRR-Vs1表征模型中重要參數(shù)（kN，emin，n，）以粘粒含量(CC)替代后得到能夠適用于不同粘粒含量含粘粒砂土液化評(píng)價(jià)的CRR-Vs1表征模型?；谶@一表征模型和原位土體的相關(guān)信息（剪切波速、飽和密度以及粘粒含量）可直接得到原位土體的抗液化強(qiáng)度，用于指導(dǎo)實(shí)際工程中的場(chǎng)地液化評(píng)價(jià)問題。
　　5.細(xì)粒土液化判別工程實(shí)例:某工程地震災(zāi)害評(píng)價(jià)專題中粘質(zhì)粉土依據(jù)土性指標(biāo)被判定為“類粘-類砂土”，即土體特性既具

9、有粘土特性，同時(shí)也具備砂土的部分特性。已有的規(guī)范方法在針對(duì)該層土體進(jìn)行液化判別的過程中得到了偏不安全的判別結(jié)果。本文采用三種液化詳判的方法對(duì)該層粘質(zhì)粉土進(jìn)行液化評(píng)價(jià):1）通過室內(nèi)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”液化判別試驗(yàn)確定了該層粘質(zhì)粉土在實(shí)際設(shè)防烈度下的液化可能性;2）分別依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和前面提出的含粘粒砂土CRR-Vs1表征模型建立該層粘質(zhì)粉土的CRR-V1表征模型并對(duì)其進(jìn)行液化分析，得到了與方法1一致的判別結(jié)果;3）基于原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)該