第7章(地震液化)

1、第第7 7章：地震液化特性研究章：地震液化特性研究 汶川地震液化现象汶川地震液化现象 目的意义目的意义 1 1、粉土分布广泛，特别在江河入海口附近分布着大量的沉积粉土。在地震、粉土分布广泛，特别在江河入海口附近分布着大量的沉积粉土。在地震、 波浪、交通等动荷载作用下，极易引起粉土地基液化。波浪、交通等动荷载作用下，极易引起粉土地基液化。 2 2、振动孔压是否达到总应力是地基是否液化的最有效的判断标准，对于粉、振动孔压是否达到总应力是地基是否液化的最有效的判断标准，对于粉 土地基而言，以往学者通过普通动三轴试验，往往粉土孔压达不到围压而采土地基而言，以往学者通过普通动三轴试验，往往粉土孔压达不到

2、围压而采 用应变破坏标准。用应变破坏标准。 3 3、在动荷载的作用下，动主应力轴方向发生连续的旋转，主应力轴旋转对、在动荷载的作用下，动主应力轴方向发生连续的旋转，主应力轴旋转对 于土体的强度和变形特性有着显著的影响。目前，考虑主应力轴旋转粉土动于土体的强度和变形特性有着显著的影响。目前，考虑主应力轴旋转粉土动 力特性研究很少。力特性研究很少。 本研究通过主应力轴旋转振动扭剪试验，以孔压作为液化判别标准，研本研究通过主应力轴旋转振动扭剪试验，以孔压作为液化判别标准，研 究动荷载作用下饱和粉土地基振动液化特性。究动荷载作用下饱和粉土地基振动液化特性。 饱和粉土地基振动液化特性饱和粉土地基振动液化

3、特性 1 1、试样外径、试样外径D=100mmD=100mm、内径、内径d=60mmd=60mm、高度、高度H=200mmH=200mm； 2 2、相对密实度：、相对密实度：30%30%、50%50%、70%70%； 3 3、频率：、频率：0.050.05、0.10.1、0.20.2、0.50.5、1.0 Hz1.0 Hz； 4 4、偏应力比：、偏应力比：0.10.1、0.1250.125、0.150.15 试验条件试验条件 饱和粉土孔隙水压力发展规律 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ud / N/NL 本文试验曲线 粉土动三轴实验数据（曾

4、长女） 上海粉土动三轴试验数据（曹宇春） 饱和粉土在施加循环三饱和粉土在施加循环三 轴扭剪耦合动荷载后，轴扭剪耦合动荷载后， 孔隙水压力呈现孔隙水压力呈现“快平快平 稳急剧稳急剧”的增长模式，的增长模式， 且这种发展模式不依赖于且这种发展模式不依赖于 相对密实度和偏应力比，相对密实度和偏应力比， 这与通过动三轴试验得出这与通过动三轴试验得出 的双曲线型孔压发展模式的双曲线型孔压发展模式 有着很大的不同。有着很大的不同。 相对密实度对饱和粉土孔压发展规律的影响 200400600800100012001400 0 20 40 60 80 100 Dr=70%Dr=30% u/kpa N 随着相对

5、密实度的减小，饱随着相对密实度的减小，饱 和粉土在相同的频率下达到液化和粉土在相同的频率下达到液化 时的振动次数大大减少。时的振动次数大大减少。 偏应力比对饱和粉土孔压发展规律的影响 200400600800100012001400 0 20 40 60 80 100 N u/kpa =0.1=0.125 随着偏应力比的增大，饱和粉随着偏应力比的增大，饱和粉 土在相同的频率下达到液化时的土在相同的频率下达到液化时的 振动次数大大减少。振动次数大大减少。 振动频率对饱和粉土孔压发展规律的影响 当相对密实度较大时（当相对密实度较大时（Dr=70%Dr=70%），随着振动频率的增加，饱和），随着振动

6、频率的增加，饱和 粉土达到液化时需要更多的振动次数并达到一定的粉土达到液化时需要更多的振动次数并达到一定的峰值峰值；然后随着；然后随着 振动频率的继续增加，饱和粉土达到液化时的振动次数减少。振动频率的继续增加，饱和粉土达到液化时的振动次数减少。 当相对密实度较小时（当相对密实度较小时（Dr=30%Dr=30%），随着振动频率的增加，饱和），随着振动频率的增加，饱和 粉土达到液化时需要更多的振动次数。粉土达到液化时需要更多的振动次数。 0. 00. 20. 40. 60. 81. 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 NL f /Hz 0.00.20.40.60.

7、81.0 0 50 100 150 200 250 NL f /Hz Dr=70% , =0.1Dr=30% , =0.1 动荷载作用下饱和粉土孔压发展模型 反正弦振动孔压发展模型： 1 2 3 11 /arcsin 21 2 f N u N 当相对密实度当相对密实度D Dr r=70%,=70%,剪应力比剪应力比=0.1=0.1，不同，不同 频率下振动孔压比模型参数频率下振动孔压比模型参数在在0.60.6左右。左右。 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.57 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0

8、.6 0.8 1.0 0.58 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.6 u/ N/Nf 当相对密实度当相对密实度D Dr r=70%,=70%,剪应力比剪应力比=0.125=0.125，不，不 同频率下振动孔压比模型参数同频率下振动孔压比模型参数在在0.450.45左右。左右。 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.45 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.47 u/ N/Nf 0.00.20.40.60

9、.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.48 u/ N/Nf 当相对密实度当相对密实度D Dr r= =70%,70%,剪应力比剪应力比=0.15=0.15，不同，不同 频率下振动孔压比模型参数频率下振动孔压比模型参数在在0.30.3左右。左右。 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 u/ N/Nf 0.26 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.28 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.3 u/ N/

10、Nf 当相对密实度当相对密实度D Dr r=50%,=50%,剪应力比剪应力比=0.1=0.1，不同，不同 频率下振动孔压比模型参数频率下振动孔压比模型参数在在0.450.45左右。左右。 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 N/Nf u/ 0.48 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 u/ N/Nf 0.47 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 u/ N/Nf 0.45 当相对密实度当相对密实度D Dr r=30%,=30%,剪应力比剪应力比=

11、0.1=0.1，不同，不同 频率下振动孔压比模型参数频率下振动孔压比模型参数在在0.30.3左右。左右。 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.32 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.3 u/ N/Nf 0.00.20.40.60.81.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.28 u/ N/Nf 0.090.100.110.120.130.140.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 f=0.1H

12、z f=0.2Hz f=0.5Hz 0.30.40.50.60.7 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 f=0.1Hz f=0.2Hz f=0.5Hz Dr 不同振动频率下不同振动频率下 关系曲线关系曲线不同振动频率下不同振动频率下D Dr r 关系曲线关系曲线 随着偏应力比的增大，随着偏应力比的增大， 呈线性减小呈线性减小；随着相对密实度随着相对密实度D Dr r的增大，的增大， 呈呈 线性增加；线性增加； 受振动频率受振动频率f f 的影响较小。的影响较小。 围束法抗液化效果的围束法抗液化效果的 小型振动台试验研究小型振动台试验研究 n研究背景及

13、意义研究背景及意义 n振动台模型设计振动台模型设计 n围束抗液化效果围束抗液化效果 n影响因素分析影响因素分析 n结论结论 目前抗液化 措施的两种 思路 改良砂的改良砂的 性质性质 改善应力改善应力 应变条件应变条件 挖除置换法挖除置换法 主要抗液化措施：主要抗液化措施： 加密法加密法 围束法围束法 增压法增压法 排水法排水法 灌浆法灌浆法 拌和法拌和法 加筋法加筋法 桩基础法桩基础法 注浆布袋法注浆布袋法 围束法围束法 二 振动台模型试验设计 振动台模型试验设计框架振动台模型试验设计框架 振动台模型试验设计振动台模型试验设计 模型制作与安装模型制作与安装 模型加载设计模型加载设计 试验量测设

14、计试验量测设计 仪器设备的检测与标定仪器设备的检测与标定 模型形状与尺寸的设计模型形状与尺寸的设计 确定试验方案确定试验方案 仪器设备的选择仪器设备的选择 二二 室内振动台模型试验设计室内振动台模型试验设计 小型振动台 苏州试验仪器总厂苏州试验仪器总厂SC-0606SC-0606型水平振动台；型水平振动台； 台面尺寸台面尺寸60cm60cm60cm60cm； 振动台可以输入正弦波和随机波激振力；振动台可以输入正弦波和随机波激振力； 额定频率范围额定频率范围2 22000Hz2000Hz； 额定正弦激振力额定正弦激振力2940N2940N； 台面最大负载台面最大负载130kg130kg； 台面最

15、大位移台面最大位移4cm4cm； 台面最大输出加速度台面最大输出加速度3.67m/s23.67m/s2。 振动台振动台 数据采集系统数据采集系统 n江苏华东测试数据采集分析系统，共有32个 通道，本次试验用到2个通道。数据由计算 机经AD转换自由采集，采样频率为200Hz， 采样时间为30s。 孔隙水压力传感器孔隙水压力传感器 n宝鸡秦岭传感器厂生产的宝鸡秦岭传感器厂生产的CYG14CYG14，量程，量程10kPa10kPa。 二二 室内振动台模型试验设计室内振动台模型试验设计 注： 1054550100100 2 (b)俯视图 310 500 横隔 纵向隔板 横向隔板 200300 饱和砂土

16、 饱和粘土 1、长度单位为mm 2、图中1、2分别代表1号传感器 和2号孔压传感器 1 振动方向 (a)主视图 模型箱及内部装置示意图模型箱及内部装置示意图 二二 室内振动台模型试验设计室内振动台模型试验设计 20406080100 2 4 6 8 10 12 14 16 Y=0.19X-0.047 电压（mv） 相对高度（cm） 20406080100 2 4 6 8 10 12 14 16 Y=0.186X-0.075 电压（mv） 相对高度（cm） (a) 1号孔隙水压力传感器(b) 2号孔隙水压力传感器 孔隙水压力传感器的标定曲线孔隙水压力传感器的标定曲线 二二 振动台模型试验设计振动

17、台模型试验设计 方案方案振动控制参数振动控制参数围束围束 一一5Hz、0.2g 无无 横向一块隔板（简称：横一）横向一块隔板（简称：横一） 横向两块隔板（简称：横二）横向两块隔板（简称：横二） 纵向一块隔板（简称：纵一）纵向一块隔板（简称：纵一） 纵向两块隔板（简称：纵二）纵向两块隔板（简称：纵二） 二二15Hz、0.2g 横向一块隔板（简称：横一）横向一块隔板（简称：横一） 横向两块隔板（简称：横二）横向两块隔板（简称：横二） 纵向两块隔板（简称：纵二）纵向两块隔板（简称：纵二） 三三5Hz、0.3g 无无 横向一块隔板（简称：横一）横向一块隔板（简称：横一） 横向两块隔板（简称：横二）横向

18、两块隔板（简称：横二） 纵向一块隔板（简称：纵一）纵向一块隔板（简称：纵一） 纵向两块隔板（简称：纵二）纵向两块隔板（简称：纵二） 四四5Hz、0.4g 无无 横向一块隔板（简称：横一）横向一块隔板（简称：横一） 横向两块隔板（简称：横二）横向两块隔板（简称：横二） 纵向一块隔板（简称：纵一）纵向一块隔板（简称：纵一） 振动台试验方案 砂土的物理性质指标砂土的物理性质指标 n比重：比重：2.632.63 n最小干密度：最小干密度：1.42 g/cm3 1.42 g/cm3 ；最大干密度：；最大干密度：1.71 g/cm3 1.71 g/cm3 n最小孔隙比：最小孔隙比：0.5350.535；最

19、大孔隙比；最大孔隙比：0.8490.849 颗粒级配曲线颗粒级配曲线 10 d 30 d 60 d =0.107mm； =0.185mm； =0.310mm； 砂样制备砂样制备 n砂土相对密实度取砂土相对密实度取30%30%。本次试验砂样总高度为。本次试验砂样总高度为25cm25cm， 分五层制备模型试样，每层高度为分五层制备模型试样，每层高度为5cm5cm。先在模型箱。先在模型箱 中加入约中加入约15cm15cm高的自来水，称取每层对应干砂的重量，高的自来水，称取每层对应干砂的重量， 均匀散落于模型箱顶部孔径为均匀散落于模型箱顶部孔径为2mm2mm的钢筛中，在砂土的钢筛中，在砂土 自由落体的

20、过程中保持水面一直高于砂样顶面，散落自由落体的过程中保持水面一直高于砂样顶面，散落 完毕整平水中的砂样以保证砂的内部均匀。试样装至完毕整平水中的砂样以保证砂的内部均匀。试样装至 设计高度时，铺设孔压传感器。当砂样装至设计高度时，铺设孔压传感器。当砂样装至25cm25cm高度高度 的时候，吸去试样顶部多余的水使水面稍高于砂样顶的时候，吸去试样顶部多余的水使水面稍高于砂样顶 面，然后铺上面，然后铺上4.5cm4.5cm的粘土层作为振动过程中液化砂的粘土层作为振动过程中液化砂 土排水的不透水覆盖层。土排水的不透水覆盖层。 三三 围束抗液化效果分析围束抗液化效果分析 （a）1号孔压传感器 （b）2号孔压传感器 孔压比时程曲线（5Hz、0.2g） 四四 影响因素分析影响因素分析 围束的 面积 平面布置方式 不同横隔面积 不同纵隔面积 对其抗液化效果的影响 四四 影响因素分析影响因素分析 围束在不同布置方式下抗液化效果对比图 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 012345 时间(s) 孔压比 横一 纵一 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 012345 时间(s) 孔压比 横二 纵二 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 012345 时间(s) 孔压比 横二 纵二 （5Hz、0.2