粘粒組

實際上，土常是各種大小不太顆粒的混合體，較籠統(tǒng)的說，以礫石和砂礫為主要組成的土為粗粒土，也稱無粘性土。其特征為：孔隙大、透水性強，毛細上升，高度很小，既無可塑造性，也無脹縮性，壓縮性極弱，強度較高。以粉粒、粘粒（或膠粒 <0.002MM）為主的土稱為細粒土，也稱為粘性土。其特征為：主要由原生礦物、次生礦物組成，孔隙很小，透水性極弱，毛細上升高度較高，有可塑性、脹縮性，強度較低。2100433B

本課題以含粘粒砂土為研究對象，通過土顆粒微細觀結(jié)構(gòu)觀測、動三軸單元體試驗、土工離心機振動臺模型試驗和地震液化現(xiàn)場調(diào)查測試相結(jié)合的多尺度試驗研究，以剪切波速為土體結(jié)構(gòu)性的表征參數(shù)，揭示粘粒含量對含粘粒砂土結(jié)構(gòu)及動強度和剪切波速的影響，從而發(fā)展含粘粒砂土液化判別的剪切波速方法。發(fā)展了含粘粒砂土制樣控制方法，以福建石英砂和蕭山粘土為土樣材料配置不同粘粒含量的含粘粒砂土，開展了測量剪切波速的固結(jié)試驗和滲透試驗，研究粘粒含量對含粘粒砂土孔隙比、壓縮性及滲透性等物理力學參數(shù)的影響規(guī)律，揭示不同固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)下含粘粒砂土剪切波速變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用光學顯微鏡技術(shù)觀測不同粘粒含量含粘粒砂土微細觀特征，發(fā)現(xiàn)隨著粘粒含量的不斷增加，含粘粒砂土結(jié)構(gòu)發(fā)生了從“類砂土”到“類粘土”的演變，其粘粒臨界含量約為20-25%。據(jù)此改進了含粘粒砂土微觀結(jié)構(gòu)演化的概念模型，用于解釋粘粒含量對砂土結(jié)構(gòu)性及剪切波速等宏觀參數(shù)的影響機理。開展測量剪切波速的動三軸液化試驗，研究重塑含粘粒砂土動應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及超靜孔隙水壓力變化模式，揭示粘粒含量對砂土抗液化強度和剪切波速的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，當粘粒含量低于臨界含量時，與相同骨架相對密度的潔凈砂相比，含粘粒砂土表現(xiàn)出更大的剪縮勢、更易液化，且該規(guī)律可用結(jié)構(gòu)性概念模型很好的加以解釋。建立了含粘粒砂土抗液化強度（CRR）與剪切波速(Vs1)之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該相關(guān)性曲線隨粘粒含量增加而上升。研發(fā)了超重力環(huán)境下的彎曲元波速測試技術(shù)，開展了4個測量剪切波速的離心機振動臺液化模型試驗。通過潔凈砂與含粘粒砂土對比試驗，揭示了含粘粒砂土場地在地震荷載下的動力響應(yīng)及超靜孔壓變化規(guī)律。建立了基于離心機振動臺試驗的模型場地液化數(shù)據(jù)處理方法，獲得了34組液化實例數(shù)據(jù)（CSR,Vs1），驗證了基于單元體試驗獲得的CRR-Vs1相關(guān)關(guān)系的正確性。對1999年我國臺灣地區(qū)集集地震、1999年土耳其Kocaeli地震開展地震液化實例研究，建立含粘粒砂土場地液化數(shù)據(jù)庫（包含地震剪應(yīng)力比CSR、剪切波速Vs1和粘粒含量CC），從場地尺度驗證了基于單元體試驗獲得的CRR-Vs1相關(guān)關(guān)系可靠性。最后基于Seed 簡化方法框架，提出含粘粒砂土場地液化判別的剪切波速方法。本項目研究成果共發(fā)表論文11篇，授權(quán)或申請專利5項，并獲得多項省部級獎勵。 2100433B

飽和砂性土地震液化災(zāi)變及其判別是巖土地震工程領(lǐng)域的重要研究課題。迄今已有的砂土液化判別研究主要集中在潔凈砂上，很少涉及含粘粒砂土。近年來全球地震中出現(xiàn)了大量含粘粒砂土液化震害實例。含粘粒砂土地震液化是一個涵蓋了從土顆粒微觀結(jié)構(gòu)損傷、單元體動力特性弱化到場地液化破壞的多尺度災(zāi)變問題，粘粒種類、含量和塑性對砂土結(jié)構(gòu)性及不排水動力特性影響機理是研究含粘粒砂土地震液化災(zāi)變的關(guān)鍵科學問題。本項目擬通過土顆粒微觀結(jié)構(gòu)觀測、動三軸單元體試驗、土工離心機振動臺模型試驗和地震液化現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合的多尺度試驗研究，利用剪切波速表征含粘粒砂土結(jié)構(gòu)性，揭示含粘粒砂土結(jié)構(gòu)性對抗液化強度和剪切波速的影響規(guī)律，建立抗液化強度與剪切波速間的相關(guān)關(guān)系。據(jù)此發(fā)展含粘粒砂土地震液化判別剪切波速法，完善現(xiàn)有的考慮細粒影響的砂土液化判別方法以指導(dǎo)實際場地液化評價，從而為我國地下基礎(chǔ)設(shè)施防震減災(zāi)及工程抗震設(shè)計提供科學依據(jù)。

粒組是指按照土的工程性質(zhì)和粒徑大小對土進行劃分。國內(nèi)外都有規(guī)程規(guī)范對于土的粒組劃分，各種規(guī)范對于粒組劃分的等級基本一致，即漂石、卵石、礫石、砂粒、粉粒和粘粒，但不同粒組所采用分級標準數(shù)值是有明顯差別的，例如漂石大多采用 200mm 作為劃分界限， 但美國陸軍師團采用劃分標準是300mm。卵石、礫石粒組劃分也存在這種現(xiàn)象。而細粒粒組劃分，中國規(guī)范、美國陸軍師團規(guī)范采用分級標準相近，即為0. 075mm、0. 074mm，而英國、澳大利亞規(guī)范采用分級標準為0. 06mm，差值為0. 015mm，差別較大。對于粘粒劃分，也有明顯的差異，英國、澳大利亞規(guī)范采用數(shù)值為0. 002mm，而國內(nèi)規(guī)范采用劃分標準是0. 005mm，相差 2. 5 倍。毋庸置疑，顆粒大小對于土的性質(zhì)是有明顯影響的，尤其是粗粒土，其主要受顆粒大小及其含量影響，而細粒土性質(zhì)不完全取決于顆粒大小及其含量 。