侧限条件下饱和砂土液化机理试验研究

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近些年全球范围内地震频发,砂土液化现象作为地震灾害的一种主要形式,常常会引起建筑物基础的不均匀沉降及结构的破坏,造成严重灾害和人员伤亡,给人类带来巨大灾难,尤其是2011年2月发生的新西兰6.3级地震造成了罕见的大面积液化,日本3.11地震和汶川地震同样出现了很多新的液化问题,使人们重新认识到土体液化问题的复杂性和深入研究的必要性。关于土体液化问题在室内一般采用常规动态三轴或动态扭剪等实验手段,但其结果往往无法解释实际液化现象。主要原因在于室内试验土单元的应力状态和实际土体应力状态并不一致。为了合理模拟实际场地中土体的受力及变形特性,本文利用土工动态真三轴仪设计开发了一种侧限试验方法。同时,分析研究了侧限条件下饱和砂土液化的机理,及固结条件和土性条件对饱和砂土液化特性的影响等。本论文的主要研究工作及创新点如下:(1)利用真三轴仪设计开发了侧限条件下的饱和砂土液化试验方法。该试验方法成功模拟了实际土体的侧限约束条件,并测得在饱和砂土液化过程中由于应力重分布导致的各应力发展变化情况,为合理描述液化机理提供依据;(2)与常规试验对比,分析了侧限条件下饱和砂土的液化机理:土体在动荷载作用过程中,因软化而引起的侧向变形受到约束,使土体周围的应力发生重新分布,此时孔隙水压力还可以继续升高,从而导致侧压的继续增大,直到侧压增大到与轴压相等,孔隙水压力增大到等于侧压,最终在轴向压力、侧压和孔隙水压力相等的条件下土体发生液化;(3)提出了“持续液化”的概念:通过对应力时程曲线及有效应力路径的分析发现,侧限条件下循环荷载试验中饱和砂土达到初始液化后孔隙水压力和围压随轴向动荷载同步等值变化。随着循环次数的增加,广义剪应力和有效平均主应力逐渐减小,最终土体中几乎没有残余抗剪强度,且始终保持在液化应力水平。基于以上现象本文提出了“持续液化”的概念;(4)针对密砂和中级砂进行了液化实验,试验发现密实砂土和粗颗粒砂土在侧限条件下仍然出现“持续液化”现象,从而进一步揭示了高密度、粗颗粒砂土液化的机理。
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