高粘粒含量砂性土液化可能性與動強度評價研究.pdf

1、地震液化會導(dǎo)致巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡，液化評價的相關(guān)研究具有重要的科學意義和工程價值。目前，基于純凈砂和含粉粒砂土的液化相關(guān)研究已經(jīng)比較完善，而針對較高粘粒含量砂土液化行為的研究則比較匱乏，對于其液化規(guī)律和內(nèi)在實質(zhì)認識不足。人們早期認為僅純凈砂土會發(fā)生地震液化，而具有塑性的較高粘粒含量砂土/粉土則不發(fā)生地震液化。近些年全球范圍的多場重大地震中，都出現(xiàn)了細粒土的液化實例，這引起了相關(guān)學者對高粘粒含量砂性土液化問題的關(guān)注。大量的含粉粒土體

2、液化研究和少量的含粘粒土體液化研究表明，含細粒土體的特性隨著細粒含量的變化呈現(xiàn)出不同的特點。低細粒含量時土體表現(xiàn)為類似純凈砂土的動力特性;隨細粒含量增加，土體逐漸表現(xiàn)出粘性土特性;而在接近“類砂土”到“類粘土”轉(zhuǎn)換臨界細粒含量(TFC)時，土體同時具備砂性土和粘性土的土體特性，這一細粒含量區(qū)間也被稱為“過渡帶”。本文主要針對高粘粒含量砂土，開展一系列室內(nèi)試驗并結(jié)合課題組已有研究成果分析粘粒對于土體液化特性的影響。希望通過大量的室內(nèi)動三軸

3、試驗和合理的對照分析，深入理解粘粒對土體液化特性的影響規(guī)律，揭示含粘粒砂土地震液化機制，通過建立能夠適用于不同粘粒含量的含粘粒砂土CRR-Vs1表征模型，為實際工程場地中含粘粒砂土的液化評價提供科學依據(jù)。主要的研究內(nèi)容包括:
　　1.提出利用超固結(jié)比OCR控制低塑性砂性土結(jié)構(gòu)性的試驗方法:“點對點”的液化判別方法是通過室內(nèi)試驗結(jié)果反應(yīng)原位土體特性的典型方法，合理設(shè)計試驗的關(guān)鍵在于采用有效的方法使得室內(nèi)土體試樣的結(jié)構(gòu)性恢復(fù)至原位水平

4、，并同時保證試樣的孔隙比及應(yīng)力狀態(tài)與原位土體保持一致。已有研究提出了一種預(yù)振的方法僅能夠有效地恢復(fù)純凈砂土試樣的結(jié)構(gòu)性，而本文所提出的超固結(jié)方法，則可以有效恢復(fù)較高粘粒含量且具備一定塑性土體試樣的結(jié)構(gòu)性。基于土體試樣的應(yīng)力路徑、Hardin公式和線彈性理論推導(dǎo)，驗證超固結(jié)方法的合理性并給出設(shè)計超固結(jié)比的計算方法。
　　2.粘粒含量(CC)對砂性土剛度特征的影響規(guī)律:針對高粘粒含量(CC30、CC40)砂土開展測試剪切波速的分級固結(jié)

5、試驗，分析試驗數(shù)據(jù)得到CC30、CC40含粘粒砂土的Hardin曲線擬合結(jié)果，與已有的低粘粒含量砂土(CC0、CC10、CC15、CC20)Hardin曲線整合分析，擬合Hardin公式中參數(shù)（A，n）與粘粒含量(CC)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)以CC20為界限，Hardin公式中參數(shù)（A，n）在較低和較高兩段粘粒含量(CC)范圍內(nèi)差異較大且隨CC呈現(xiàn)不同的變化趨勢?？紤]本文所用含粘粒砂土（蕭山粘土&福建細砂）的“類粘土”、“類砂土”轉(zhuǎn)換臨界粘粒

6、含量(TFC)是20％左右，因而認為類砂和類粘土的剛度特征差異較大且受粘粒含量影響變化規(guī)律不同，應(yīng)分開考慮。試驗過程選擇同時考慮砂顆粒和粘土顆粒對土骨架貢獻的等效骨架孔隙比作為本次試驗的對照標準。
　　3.粘粒含量對砂性土動強度的影響規(guī)律:針對CC30含粘粒砂土開展系統(tǒng)的動三軸液化試驗，補充特定密實度CC10和CC20的動強度試驗，并結(jié)合已有的低粘粒含量砂土(CC0、CC10、CC20)動三軸液化試驗結(jié)果，分析特定等效骨架孔隙比（

7、e*）、不同CC含粘粒砂土的動強度曲線，總結(jié)粘粒含量對于土體試樣動強度曲線的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)不同密實狀態(tài)（e*=1.0105，e*=0.7977，e*=0.6873）含粘粒砂土的動強度隨粘粒含量變化規(guī)律不同，結(jié)合不同密實度砂土受動荷載作用下的體變特性，分三種情況總結(jié)粘粒含量對于含粘粒砂土動強度的影響規(guī)律。
　　4.建立含粘粒砂土的動強度剪切波速表征模型:基于不同密實度試樣動三軸液化試驗結(jié)果建立CC30含粘粒砂土的CRR-Vs1表征模

8、型。根據(jù)前文的分析結(jié)果，將CRR-Vs1表征模型中重要參數(shù)（kN，emin，n，）以粘粒含量(CC)替代后得到能夠適用于不同粘粒含量含粘粒砂土液化評價的CRR-Vs1表征模型?；谶@一表征模型和原位土體的相關(guān)信息（剪切波速、飽和密度以及粘粒含量）可直接得到原位土體的抗液化強度，用于指導(dǎo)實際工程中的場地液化評價問題。
　　5.細粒土液化判別工程實例:某工程地震災(zāi)害評價專題中粘質(zhì)粉土依據(jù)土性指標被判定為“類粘-類砂土”，即土體特性既具

9、有粘土特性，同時也具備砂土的部分特性。已有的規(guī)范方法在針對該層土體進行液化判別的過程中得到了偏不安全的判別結(jié)果。本文采用三種液化詳判的方法對該層粘質(zhì)粉土進行液化評價:1）通過室內(nèi)“點對點”液化判別試驗確定了該層粘質(zhì)粉土在實際設(shè)防烈度下的液化可能性;2）分別依據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果和前面提出的含粘粒砂土CRR-Vs1表征模型建立該層粘質(zhì)粉土的CRR-V1表征模型并對其進行液化分析，得到了與方法1一致的判別結(jié)果;3）基于原位標準貫入試驗測試結(jié)果對該