含细粒饱和砂土静态液化特性试验研究

1、土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会1/25含细粒饱和砂土静态液化含细粒饱和砂土静态液化特性试验研究特性试验研究肖肖 朝朝 昀昀华侨大学岩土与地下工程系华侨大学岩土与地下工程系土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会2/25介绍提纲：介绍提纲：F 研究背景研究背景F 研究内容研究内容及试验方案及试验方案F 细粒粒径大小和含量对砂土液化影响细粒粒径大小和含量对砂土液化影响F 细粒塑性对砂土液化特性的影响分析细粒

2、塑性对砂土液化特性的影响分析F 基于粒间孔隙比的砂土液化分析基于粒间孔隙比的砂土液化分析土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会3/25问题的提出与研究意义2008年9月8日，山西省襄汾溃坝事故，形成泥石流，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，事故导致277人死亡、4人失踪、36人受伤，直接经济损失达9619.2万元。阵雨后坡面上雨水； 松散边坡受到雨水侵蚀；边坡土体抗剪强度下降；雨水进一步侵蚀斜坡；不稳定的低坡土体出现滑移破坏。在雨水作用下较低的斜坡受到破坏而被冲走；/受到边坡滑动的

3、扰动，导致后方坡体的孔隙水压力迅速上升，抗剪强度迅速下降至为零，呈大面积流滑破坏。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会4/25问题的提出与研究意义 在加载过程中偏应力在峰值后的急剧降低而接近零值，砂土表现出类似于流体的特征，但由于砂土未承受动荷载作用，为与通常的振动液化区别，故称之为静态液化静态液化。自然界中饱和砂土中含有粉粒粉粒或/ /和粘粒粘粒，因此研究含细粒的饱和砂土静态液化具有重要意义。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全

4、国土力学及岩土工程学术大会5/25研究内容及试验方案1细粒粒径大小2细粒塑性饱和砂土静态液化粒间孔隙比土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会6/25研究内容及试验方案纯净砂纯净砂S硅微粉硅微粉FI尾矿粉尾矿粉FII石粉石粉FIII细粒粒径粒径对饱和砂土静态液化影响围压50kPa粒径比D50/d503.55、5.95、12.94粉粒掺量5%、15%、20%、30%、45%表表1 1 细粒粒径影响试验方案细粒粒径影响试验方案土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩

5、土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会7/25研究内容及试验方案纯净砂纯净砂S细粒塑性塑性对饱和砂土静态液化影响围压50kPa、100kPa、200kPa塑性指数IP膨润土300高岭土18细粒掺量5%、10%、15%、20%表表2 2 细粒塑性影响试验方案细粒塑性影响试验方案膨润土膨润土高岭土高岭土土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会8/25细粒粒径大小和含量对砂土液化影响 纯净砂在剪切过程中没有发生液化性状，抗剪强度处于持续增强状态，表现出硬化型。纯净砂纯净砂S S的试验结果：的试验结

6、果：纯净砂纯净砂S S剪切结果图剪切结果图 土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会9/25纯砂纯砂S+硅微粉硅微粉FI，D50/d50=3.55试验结果：试验结果：细粒粒径大小和含量对砂土液化影响 重塑粉砂SFI在各掺量均发生了静态液化现象，达到峰值后抗剪强度降为0。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会10/25纯砂纯砂S+尾矿粉尾矿粉F，D50/d50=5.95试验结果：试验结果：细粒粒径大小和含量对砂土

7、液化影响细粒含量5%时，暂时液化；含量15%、20%时，液化，有一定残余强度；含量30%、45%时，完全液化。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会11/25纯砂纯砂S+石粉石粉F，D50/d50=12.94试验结果：试验结果：细粒粒径大小和含量对砂土液化影响细粒含量5%、 15%、20%时，无液化，充分稳定；含量30%、45%时，完全液化。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会12/25细粒粒径大小和含量对

8、砂土液化影响 细粒粒径大小是影响砂土液化的一个重要因素。 在细粒含量小于30%时，随着粒径比的增大，饱和砂土会出现完全液化、暂时液化、充分稳定的性状，且细粒含量的作用规律受到细粒粒径大小的影响。 细粒含量大于30%时，纯砂颗粒被细粒分开，砂土将从砂粒转换成细粒主导整体骨架结构来承受外力剪切作用。 小结：小结：土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会13/25 固结围压100kPa、20%相对密度的试验条件下，纯净砂掺入5%膨润土细粒和5%高岭土细粒。细粒塑性对砂土液化特性的影响充分稳定充分稳定暂时液化暂

9、时液化完全液化完全液化土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会14/25固结围压固结围压50kPa细粒塑性对砂土液化特性的影响掺入低塑性细粒曲线均表现出典型的软化型软化型应力应变关系，表现出完全液化完全液化现象。 掺入高塑性细粒5%时，静态液化；10%时，暂时液化；15%、20%，充分稳定。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会15/25固结围压固结围压100kPa细粒塑性对砂土液化特性的影响掺入低塑性细粒曲线

10、均表现出典型的软化型软化型应力应变关系，表现出完全液化完全液化现象。 掺入高塑性细粒5%、10%，暂时液化；15%、20%，充分稳定。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会16/25固结围压固结围压200kPa细粒塑性对砂土液化特性的影响掺入低塑性细粒曲线均表现出典型的软化型软化型应力应变关系，表现出完全液化完全液化现象。 掺入高塑性细粒，各掺量情况下均为暂时液化。土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会17/

11、25固结围压的影响固结围压的影响细粒塑性对砂土液化特性的影响随着固结围压的增大，纯净砂从充分稳定状态退化为暂时液化。对于含低塑性细粒（高岭土）提高固结围压并不能抑制或阻止完全静态液化行为的发生。 土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会18/25固结围压的影响固结围压的影响细粒塑性对砂土液化特性的影响 掺加高塑性细粒（膨润土），细粒含量较低时(5%) ，固结围压增大，砂土抗液化性能逐渐提高，与纯净砂相反； 细粒含量较高时(15%、20%)，抗液化性能随着围压的增大反而下降，呈现 “逆反性”，与纯净砂一致

12、。5%膨润土15%膨润土土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会19/25 细粒塑性对砂土静态液化具有显著的影响； 掺入低塑性细粒的砂土均发生静态液化，而掺入高塑性细粒试样在相同细粒含量下除了发生静态液化还出现暂时液化、充分稳定的现象； 掺入高塑性细粒的粉砂在细粒含量较低时，与纯净砂呈相反性状。高塑性细粒含量较高时，呈现出 “逆反性”，与纯净砂的规律相一致。小结：小结：细粒塑性对砂土液化特性的影响土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国

13、土力学及岩土工程学术大会20/25等效粗粒间孔隙比；基于粒间孔隙比的砂土液化分析粒间孔隙比模型 Thevanayagam(2002) *b1(1)cgcefeb f（1- ）cthreff*c1fcmdeeffRcthreff*ge*fe（等效细粒间孔隙比；(/)= 1exp( 0.3)()rcthrecthrefffbrkfRahman(2011)给出b值计算公式土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会21/25基于粒间孔隙比的砂土液化分析不同细粒含量与粒径大小下的等效粒间孔隙比变化： 土木工程学院土

14、木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会22/25基于粒间孔隙比的砂土液化分析情况情况1：e* emax-sand细粒基本处在砂粒间孔隙内部，具有较高的抗液化能力。情况情况2：e* emax-sand细粒不仅分布于砂粒间孔隙内，更会处于砂颗粒相互接触面上，在受到外力作用时，这部分细粒会加强砂粒相互滑动作用并导致其迅速滑入孔隙内，砂土会出现液化现象。根据各试样等效粒间孔隙比的不同将其分成三种情况： 051015200100200300偏应力q(kPa)轴向应变 (%） D50/d50=12.94-5%051015200

15、20406080100 D50/d50=3.55-5% D50/d50=3.55-15% D50/d50=3.55-20% D50/d50=5.95-5% D50/d50=5.95-15%D50/d50=5.95-20% D50/d50=12.94-15% D50/d50=12.94-20%偏应力q(kPa)轴向应变 (%）土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会23/25基于粒间孔隙比的砂土液化分析情况情况3：e* emax-sand砂土的细粒含量达到临界状态 ，细粒开始充当着隔离砂粒的作用，砂粒与砂

16、粒之间基本没有相互接触作用，砂土的抗剪强度主要来自粉粒间的接触摩擦作用， 砂土极易于出现液化，且液化完后的抗剪强度基本降至为0。根据各试样等效粒间孔隙比的不同将其分成三种情况： 0246810051015202530354045偏应力q(kPa)轴向应变 (%） D50/d50=3.55-30% D50/d50=3.55-45% D50/d50=5.95-30% D50/d50=5.95-45% D50/d50=12.94-30% D50/d50=12.94-30%土木工程学院土木工程学院肖朝昀肖朝昀十二届全国土力学及岩土工程学术大会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会24/25基于粒间孔隙比的砂土液化分析不同细粒