以往天然和人工砾性土场地都曾发生地震液化破坏现象,但未引起足够重视。2008年汶川地震中出现天然沉积砾性土液化现象,液化土含砾量由5%至85%以上,规模远超以往砾性土液化震害,颠覆天然砾性土场地为天然优良地基的传统认识。考虑砾性土工程应用广泛性,宽含砾量范围的砾性土液化成为近10年国内外岩土地震工程中的前沿和热点课题。土体的抗液化强度是液化研究中最基础环节。室内三轴试验作为获取砾性土力学特性的基本途径,目前存在几个关键问题亟待解决:一是橡皮膜顺变性影响和修正方法,二是含砾量及相对密度对砾性土抗液化强度真实影响,三是非水平场地砾性土层抗液化能力评价方法。橡皮膜顺变性校正技术在过去20年中发展有限,严重阻滞砾性土液化理论和场地液化评价技术发展,是当前砾性土液化研究的关键与瓶颈。含砾量作为砾性土区别于砂土的最主要因素,对砾性土抗液化能力影响尚无法得出统一结论,制约着液化基础理论与判别技术的完善;相对密度是粗粒土液化的重要影响因素,但始终无法正确揭示其对液化强度的影响规律,使液化判别理论缺乏可靠的定量依据。存在初始剪应力比的非水平砾性土场地,其液化评价方法备受关注,但缺乏可靠的分析理论,使这类场地的液化判别理论和工程化方法的发展及其受限。本文广泛收集现有砾性土液化研究资料,扩充已有信息资料库,依托中国地震局工程力学研究所GDS大尺寸动三轴仪,开展砾性土试验技术与抗液化强度研究。以汶川地震中真实液化土壤为主要研究对象,建立科学、系统、可靠的橡皮膜顺变性校正系列方法,以此作为核心,开展不同条件下砾性土抗液化强度发展规律研究,为砾性土液化机理与判别方法研究提供重要依据与参考。开展均等固结条件下含砾量、相对密度对液化强度影响规律,提出砾性土液化发展科学合理的预测模型及公式;开展非均等固结条件下初始剪应力比影响的分析原理及方法研究,建立可反映初始剪应力比对砾性土液化强度影响规律的液化强度计算模型。本文主要成果及创新如下:1.开展砾性土橡皮膜嵌入体积量测技术与计算方法研究。首次将双尺寸法应用于大颗粒粗粒土及大尺寸设备,论证方法可行性与结果可靠性,实现常规仪器中砾性土膜嵌入体积准确测量。提出橡皮膜厚度影响条件,以粒径同膜厚相对关系定量给出膜厚影响的解答;建立粗粒土橡皮膜嵌入体积计算新公式,克服现有单变量公式无法有效应对级配多样性的缺陷;指出补水过程砾性土体积变形规律,论证各向同性假设应用于砾性土的局限性。2.开展砾性土橡皮膜顺变性校正技术研究。基于计算修正基础理论,建立考虑橡皮膜顺变性的砾性土孔压增量模型,与仪器补偿结果对比,论证计算结果可靠性;揭示粗粒土橡皮膜顺变性修正系数非线性发展新规律,提出修正系数经验计算式。基于橡皮膜校正结果,提出橡皮膜顺变性对粗粒土抗液化强度影响误差新模型与误差预测计算式。3.开展三轴均等固结条件下含砾量和相对密度对砾性土抗液化强度影响研究。发展砾性土制模技术,室内成功复现砾性土液化现象,对比不同含砾量及密实度砾性土液化特性。揭示含砾量对砾性土液化强度影响规律,提出门槛含砾量概念与含砾量修正系数预测计算式,为场地液化判别提供关键依据;确定不同密实度砾性土抗液化强度真实对比关系。4.开展三轴非均等固结试验下初始剪应力比对砾性土抗液化强度影响研究。分析现有初始剪应力比修正系数研究方法缺陷,由球应力标准化法和最大往返剪切作用面理论,提出最大往返剪切作用面上初始剪应力比影响分析新方法,在多种试验条件对方法进行验证。提出初始剪应力比修正系数确定新方法,基于三轴试验得出代表性砾性土初始剪应力比修正系数建议值,实现对存在初始剪应力比影响的砾性抗液化强度评价。