飽和砂礫土液化后變形與強(qiáng)度特性研究項目摘要

砂礫料具有滲透系數(shù)較大、壓縮性低、抗剪強(qiáng)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(yīng)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(jìn)行的，對于砂礫土液化后變形與強(qiáng)度特性的研究尚不多見。本項目擬運(yùn)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(diào)加載變形與強(qiáng)度特性。以強(qiáng)度恢復(fù)轉(zhuǎn)折點應(yīng)變、不同階段模量和殘余強(qiáng)度為著力點，總結(jié)飽和砂礫土液化后變形與強(qiáng)度發(fā)展的宏觀規(guī)律；采用顆粒流方法對三軸試驗進(jìn)行數(shù)值模擬，研究砂礫土液化后單調(diào)加載過程中顆粒的接觸、旋轉(zhuǎn)、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(xì)觀機(jī)理；建立飽和砂礫土液化后實用非線性應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力應(yīng)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(yīng)力變形分析提供依據(jù)

采用中型三軸儀，設(shè)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(jié)壓力、液化安全率和循環(huán)動應(yīng)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(jié)果表明：飽和砂礫料液化后靜力再加載時其應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)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(fù)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(yīng)變范圍內(nèi)抗剪強(qiáng)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(guān)系分析的準(zhǔn)確性?；谠囼灲Y(jié)果，建立了可綜合考慮初始有效固結(jié)壓力、液化安全率和抗液化應(yīng)力比等影響因素的飽和砂礫料液化后靜力再加載應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)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(jìn)行了液化后變形分析，驗證了模型的數(shù)值分析可行性。 2100433B

由于試驗設(shè)備、技術(shù)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(rèn)為只有飽和細(xì)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(jìn)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(qiáng)度參數(shù)的相關(guān)性進(jìn)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(zāi)需求為背景，鑒于當(dāng)前缺乏對飽和砂土液化后流動特性的認(rèn)識，開展基于流體力學(xué)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(gòu)模型和大變形分析方法。首先，利用自行設(shè)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(yīng)力狀態(tài)和非零有效應(yīng)力狀態(tài)下砂土的流動變形規(guī)律；然后基于流體力學(xué)理論，建立飽和砂土液化后流動本構(gòu)模型，并確定液化后砂土的流體類型；再將建立的流動本構(gòu)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(jìn)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(jī)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(zāi)工作具有重要的社會意義和實用價值。