飽和砂礫土液化后變形與強度特性研究

采用中型三軸儀，設計了適合研究飽和砂礫料液化后靜力再加載的變形特性的試驗方法，考察了相對密度、初始有效固結壓力、液化安全率和循環(huán)動應力比等因素對飽和砂礫料液化后靜力再加載變形特性的影響。結果表明：飽和砂礫料液化后靜力再加載時其應力～應變關系與未經(jīng)振動荷載作用的試樣明顯不同，可分為三個階段：模量恢復段、模量穩(wěn)定段和塑性流動變形階段。相對于飽和砂土而言，砂礫料液化后不存在很大應變范圍內(nèi)抗剪強度近乎為零的現(xiàn)象。提出了確定液化后靜力再加載試驗曲線特征物理量的方法，該方法避免了確定特征物理量的隨意性帶來的主觀誤差，保證了物理量之間關系分析的準確性?；谠囼灲Y果，建立了可綜合考慮初始有效固結壓力、液化安全率和抗液化應力比等影響因素的飽和砂礫料液化后靜力再加載應力～應變關系的三直線模型，并給出了參數(shù)確定方法。將模型添加到有限元程序中，對理想砂礫料壩進行了液化后變形分析，驗證了模型的數(shù)值分析可行性。 2100433B

砂礫料具有滲透系數(shù)較大、壓縮性低、抗剪強度和變形模量高以及施工易壓實等諸多優(yōu)良工程特性，因而被廣泛應用于人工填海、大壩填筑和高速公路的路基填筑。以往液化后問題的研究主要是針對飽和砂土和粉土進行的，對于砂礫土液化后變形與強度特性的研究尚不多見。本項目擬運用自行研制的高精度中型動三軸儀，研究飽和砂礫土液化后單調加載變形與強度特性。以強度恢復轉折點應變、不同階段模量和殘余強度為著力點，總結飽和砂礫土液化后變形與強度發(fā)展的宏觀規(guī)律；采用顆粒流方法對三軸試驗進行數(shù)值模擬，研究砂礫土液化后單調加載過程中顆粒的接觸、旋轉、滑移、重組以及孔隙水壓力的演化規(guī)律，探明飽和砂礫土液化后變形的細觀機理；建立飽和砂礫土液化后實用非線性應力應變模型，借鑒商用液化后變形分析程序ALID的思路，將本項研究建議的飽和砂礫土液化后應力應變模型引入課題組自行開發(fā)的有限元程序中，為砂礫土場地和地基的地震液化后應力變形分析提供依據(jù)

由于試驗設備、技術等原因，砂礫土的動力特性研究尚不充分，尤其是飽和砂礫土的液化特性方面的研究更是少見；另一方面，以往的研究通常認為只有飽和細砂才可能液化。迄今，在研究砂礫土液化時，常規(guī)做法是剔除實際砂礫土中大顆粒，用模擬料代替實際砂礫土進行試驗。然而，模擬料是否能代表實際砂礫土？是一個值得商榷的問題。本項申請利用自行研制的大、中、小型靜、動三軸儀，對飽和砂礫土液化特性及其變形、強度參數(shù)的相關性進行

本項目以5.12四川汶川地震后我國廣大地震液化地區(qū)的防震減災需求為背景，鑒于當前缺乏對飽和砂土液化后流動特性的認識，開展基于流體力學理論的飽和砂土液化后流動特性試驗研究，分析液化后砂土的流體類型，建立流動本構模型和大變形分析方法。首先，利用自行設計的試驗裝置，開展飽和砂土液化后流動特性試驗，得出零有效應力狀態(tài)和非零有效應力狀態(tài)下砂土的流動變形規(guī)律；然后基于流體力學理論，建立飽和砂土液化后流動本構模型，并確定液化后砂土的流體類型；再將建立的流動本構模型開發(fā)到巖土工程專業(yè)程序FLAC3D中，根據(jù)典型震害的模擬，對模型進行驗證和修正，最終建立正確、有效的飽和砂土液化后流動大變形分析方法。研究成果將豐富并創(chuàng)新地震液化機理和變形分析理論，對闡明飽和砂土液化后的流體類型、揭示液化后流動大變形規(guī)律具有重要的理論意義，對我國廣大地震液化地區(qū)的防震減災工作具有重要的社會意義和實用價值。