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上传者: 做梦的人2000 2012-06-28 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响 pdf》,可适用于经济金融领域,主题内容包含http:qkscqueducn第33卷第3期土木建筑与环境工程Vol.33No.32011年6月JournalofCivilArchitectur符等。

http:qkscqueducn第33卷第3期土木建筑与环境工程Vol.33No.32011年6月JournalofCivilArchitectural&EnvironmentalEngineeringJun.2011细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响王艳丽12饶锡保1潘家军1王 勇3(1.长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉4300102.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海2000923.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点试验室武汉430071)收稿日期:20101220基金项目:国家“十一五”科技支撑项目(2008BAB29B02)长江科学院中央级公益科研院所基本科研业务费项目(CKSF2010016)作者简介:王艳丽(1981)女博士主要从事岩石渗流力学与土动力学方面的研究(Email)wyldhh@126.com。摘 要:利用GDS循环三轴仪对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验并基于Seed孔压应力模型研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。研究结果表明:细粒含量对砂土孔压发展影响较大其影响主要体现在孔压发展模式参数θ的不同。含细粒砂土中细粒含量与孔压参数θ的关系不是呈单调的线性关系。参数θ先随着细粒含量的增加而减小并在细粒含量为30%时达到最小值之后随着细粒含量的增加又逐渐增加不同的是参数θ在细粒含量超过30%后其增加的趋势相对平缓。通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究更进一步证明了临界含量的存在试验所用的含细粒砂土临界细粒含量在30%左右。关键词:细粒含量饱和砂土动孔压动三轴试验中图分类号:TU435  文献标志码:A  文章编号:16744764(2011)03005205犈犳犳犲犮狋狊狅犳犉犻狀犲狊犆狅狀狋犲狀狋狅狀犈狏狅犾狌狋犻狅狀犪狉狔犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犇狔狀犪犿犻犮犘狅狉犲犠犪狋犲狉犘狉犲狊狊狌狉犲狅犳犛犪狋狌狉犪狋犲犱犛犪狀犱狊犠犃犖犌犢犪狀犾犻12犚犃犗犡犻犫犪狅1犘犃犖犑犻犪犼狌狀1犠犃犖犌犢狅狀犵3(1.KeyLaboratoryofGeotechnicalMechanicsandEngineeringoftheMinistryofWaterResourcesYangtzeRiverScientificResearchInstituteWuhan430010P.R.China2.KeyLaboratoryofGeotechnicalandUndergroundEngineeringofMinistryofEducationTongjiUniversityShanghai200092P.R.China3.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineeringInstituteofRockandSoilMechanicsChineseAcademyofSciencesWuhan430071P.R.China)犃犫狊狋狉犪犮狋:WiththeGDSdynamictriaxialsystemundraineddynamictriaxialtestsonthesaturatedsandwithdifferentfinescontentareperformedandtheeffectsoffinescontentonevolutionarycharacteristicsofdynamicporewaterpressureofsaturatedsandsintheprocessofliquefactionareanalyzedbasedonSeedporewaterpressurestressmodel.ItisfoundthatfinescontenthasgreateffectonthedynamicporewaterpressureofsaturatedsandsbytheparameterθforSeedmodel.Therelationshipbetweenparameterθandfinescontentisntlinear.Parameterθdecreaseswiththeincreaseoffinescontentatfirstandthenreachesitssmallestvaluewhenthecriticalvalueoffinescontentis30%.Afterthatparameterθincreasesgraduallywiththeriseoffinescontent.Accordingtotheexperimentalstudyoneffectsoffinescontentonevolutionarycharacteristicsofdynamicporewaterpressureofsaturatedsandstheexistenceofcriticalfinescontentwith30%isfurtherprovedinthesandysoilusedinthetest.犓犲狔狑狅狉犱狊:finescontentsaturatedsandsdynamicporewaterpressuredynamictriaxialtesthttp:qkscqueducn  土体在振动作用下产生的孔隙水压力是影响其抗震稳定性的重要因素土体的液化是在一定条件下由于荷载作用导致孔隙水压力增长的结果探讨土体的液化机理可以从研究土体中孔隙水压力增长的机理入手[1]。动荷载作用下孔隙水压力的变化是改变土体强度、引起土体变形的根本原因也是应用有效应力法分析土体稳定性的关键影响因素。已有学者对饱和砂土的动孔压演化规律进行了研究得到了许多有用的研究成果[26]这些对饱和砂土动孔压演化特性的研究中采用较多的是均一的纯净砂。事实上自然界广泛分布着含有细颗粒的砂性土或砂质粉土等砂粉混合物。Baziar和Dobry(1991)[7]也指出在自然界中均质砂并不多见且易产生流滑现象的多是冲填沉积砂土或填筑砂土它们在颗粒组成上与纯净砂明显不同均为含一定细粒的砂土。细粒含量的影响研究可追溯到砂土中细粒含量对动强度的影响研究上此后细粒含量对地基液化的影响逐渐引起学术界和工程界的重视。国内外国相继开展了细粒含量的影响研究研究重点是细粒含量对动强度的影响[8]并取得了大量的研究成果[915]而针对细粒含量对砂土动孔压的影响研究方面则开展相对较少定量的研究几乎鲜有报道。本文利用GDS循环三轴仪对不同细粒含量砂土进行了不排水动三轴液化试验并基于Seed孔压应力模型研究细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。同时建立不同细粒含量影响的孔压应力发展模式并对细粒含量对动孔压影响的机理进行了解释研究结果可为估计同一地区不同细粒含量砂土的动孔压发展提供一定依据。1 试验仪器试样制备、试验方法11 试验仪器  试验仪器采用同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室的GDS循环三轴仪。它是由英国GDS公司研制生产的高精度三轴仪利用高速直流伺服马达施加动荷载(轴向)根据电子荷重传感器和位移传感器的反馈对荷载和变形的大小进行计算机控制其基本功能包括:1)可在5Hz范围内进行单向轴压的循环加载2)可在5Hz范围内对试样施加循环的轴向变形3)可进行常规的三轴试验包括拉伸和压缩试验应力控制和应变控制其主要参数:1)最大轴力:7kN2)最大围压:1700kPa3)试样直径:39.1mm、50mm、70mm、100mm4)加载频率:0~5Hz。该仪器由以下几部分组成:制动单元、三轴压力室和平衡器、围压控制器、反压控制器、信号控制器、高速数据采集和控制卡(HSDAC卡)。12 试样制备制备试样前对所需使用的砂粒和细粒预先进行了分选土样经风干后过0.25mm筛然后在水中用0.075mm筛子进行洗筛选取0.075mm筛上的砂样其粒径在0.075~0.25mm范围内作为骨架砂将0.075mm筛下的水溶液静置待细颗粒沉淀水变清后倒出清水。晾干细颗粒土样即为小于0.075mm的细粒用碎土器磨碎土样烘干。试验所用的砂样由砂粒与细粒按照不同比例重新配制而成掺入的细粒含量犉犆(占试样总质量)分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%。试验砂样按同一个干密度制样制样的干密度应在最大干密度的极小值与最小干密度的极大值之间本文试验确定砂土的干密度为1.40g/cm3。此时不同细粒含量砂土的相对密实度在0.29~0.71之间属疏松到中密状态。表1为不同细粒含量砂样的基本物理力学性质指标。制样时控制配土试样的干密度1.40g/cm3根据试样体积得到配土样的质量按配土中的细粒含量分别计算出该配制土样中砂粒和细粒的质量然后称取每个标准试样所需的砂粒和细粒的质量秤好后充分混合、拌匀加入适量的无气水控制含水率在8%左右。将一定质量的水和土充分搅拌均匀后在密封塑料袋内静置过夜再取袋内不同位置处的砂土测试其含水量其差值不应超过1%。试验采用直径为39.1mm高度为80mm的重塑土样。重塑土样的制备采用多层湿捣法分5层捣实。根据土样的干密度及预先设计的含水率确定每层土样的重量击实到相应高度各层接触面刮毛以保证上下层接触良好。13 试验方法土样制备完成后放入饱和器内抽真空饱和砂样经真空饱和后需经冻结才能装样。冻样装入三轴室后在小侧压(20kPa)下化冻并通脱气水按照操作规程进行试验操作当孔压系数犅大于0.95时可认为试样满足饱和度要求然后进入固结阶段所有试样均在固结围压100kPa作用下进行排水固结当试样的体变在5min之内不再增加时认为达到了等压固结标准固结完成后即施加循环荷载振动波形为正弦波、振动频率1Hz试验的液化标准有2种:1)孔压标准即孔压等于围压认为试样35第3期王艳丽等:细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响http:qkscqueducn破坏。2)变形标准即根据工程的重要性和经验选定双向振幅应变值εd=5%为初始液化标准[16]。试验中采用双重固结标准:即孔压标准(狌d=σ′0)和变形标准(εd=5%)。表1 不同细粒含量砂样的基本物理性质指标细粒含量犉犆/%比重犌S平均粒径犇50/mm不均匀系数犆u干密度/(gcm-3)最大值最小值相对密实度犇r52.6810.1652.1451.4811.2320.714102.6830.1602.3581.6021.2610.466152.6900.1484.6831.6441.2600.428202.6930.1426.0581.7231.2820.329252.6950.1387.2721.7421.2820.319302.6970.1307.5161.7811.2840.294352.7010.1237.7551.7701.2800.309402.7030.1127.8601.7811.2510.358452.7050.0859.0251.7551.2500.3722 试验结果与分析21 细粒含量对动孔压的影响  图1给出了部分细粒含量试样孔压发展全过程的对比图。由图1可知在振次比一定的情况下不同细粒含量砂土孔压比增长量不同在振动的初始阶段孔隙水压力迅速升高且随着细粒含量的增加砂土孔压比的增长量呈现出先降低后增加的趋势。在细粒含量为30%时孔压比的增长量最小。当犖/犖f达到0.2左右时孔压的增加趋缓当犖/犖f达到0.8左右时孔压比又开始快速增加直到犖/犖f为1时孔压接近达到围压时砂土发生液化。不同细粒含量砂土的动孔压增长模式可用Seed提出的动孔压发展模式(1)来表示区别是不同细粒含量的影响体现在系数值的不同。图1 不同细粒含量砂土动孔压的发展曲线狌dσc′=2πarcsin犖犖()犳12θ(1)式中:θ为试验常数取决于土类和试验条件而与动应力和固结围压的大小无关。22 细粒含量对试验参数的影响分析图2(a)-(f)给出了归一化处理后部分细粒含量砂土的动孔压发展试验曲线与Seed拟合曲线试验常数θ值列于表2。其拟合关系分别表示为:当犉犆=5%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.506(2)当犉犆=15%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.246(3)当犉犆=25%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.187(4)当犉犆=30%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.003(5)当犉犆=40%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.135(6)当犉犆=45%时:狌dσc′=2πarcsin犖犖()f121.172(7)表2 细粒含量与参数θ的关系细粒含量/%515253040451.5061.2461.1871.0031.1351.17245土木建筑与环境工程                第33卷http:qkscqueducn图2 不同细粒含量砂土狌d/σc′与犖/犖f的关系  由表2可知参数θ先随着细粒含量的增加而减小并在细粒含量为30%时达到最小值之后随着细粒含量的增加又逐渐增加不同的是参数θ在细粒含量超过30%后其增加的趋势相对平缓。参数θ随细粒含量的变化关系见图3。由以上分析可知细粒含量对砂土动孔压的影响不是单调变化的而是存在一个界限含量使含细粒砂土的动孔压在界限含量前后的变化规律呈相反的变化趋势。对本次试验所用的含细粒砂土临界细粒含量在30%左右。3 细粒含量对砂土动孔压影响的机理研究  细粒含量对砂土动孔压的影响仍可从含细粒砂土的微观结构特征去解释。按颗粒大小不同含细粒砂土中的颗粒可分为2种粒组分别为粗粒组和细粒组。在犉犆<30%的情况下含细粒砂土的动力特性由粗粒组决定当细粒含量逐渐增加时粗粒之间形成的骨架孔隙比(粒间孔隙比)犲s逐渐变大随着骨架孔隙比(粒间孔隙比)犲s的增大砂土的振动孔压更易消散发展的较慢这是导致相同振次比作用下含细粒砂土动孔压逐渐降低的原因。在犉犆>30%的情况下当细颗粒再进一步增加时砂土的动力特性主要由细粒决定而细粒之间形成的骨架孔隙比(细粒间孔隙比)犲f则随着细粒含量的增加而逐渐减小随着骨架孔隙比(细粒间孔隙比)犲f的减小相同振次比作用下砂土的振动孔压不易消散因而发展较快从而导致振次比相同的情况下含细粒砂土的振动孔压又随细粒含量的增多呈逐渐变大的趋势。图3 参数θ随细粒含量的变化关系4 结 论利用GDS循环三轴仪进行了不同细粒含量砂土不排水动三轴液化试验并基于Seed孔压应力模型研究了细粒含量对液化进程中动孔压演化特性的影响。主要得出以下几点结论:1)细粒含量对砂土动孔压发展的影响较大。其影响不是随着细粒含量的变化呈单调变化的趋势在振次比一定的情况下不同细粒含量砂土孔压比增长量不同随着细粒含量的增加砂土孔压比的增长量呈现出先降低后增加的趋势这种趋势在振动的初始阶段尤为明显。2)采用Seed孔压应力模型进行分析时细粒含55第3期王艳丽等:细粒含量对饱和砂土动孔压演化特性的影响http:qkscqueducn量的变化对砂土动孔压的影响主要体现在参数θ值的不同参数θ先随着细粒含量的增加而减小并在细粒含量为30%时达到最小值之后随着细粒含量的增加又逐渐增加不同的是参数θ在细粒含量超过30%后其增加的趋势相对平缓。3)通过对不同细粒含量砂土动孔压演化特性试验研究更进一步证明了临界含量的存在本次试验所用的含细粒砂土临界细粒含量在30%左右。参考文献:[1]徐斌.饱和砂砾料液化及液化后变形与强度特性试验研究[D].大连:大连理工大学2007.[2]王艳丽王勇.饱和砂的动孔压演化特性试验研究[J].同济大学学报:自然科学版200937(12):16031607.  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