側限約束條件下的砂土液化機理試驗研究及其理論分析

《側限約束條件下的砂土液化機理試驗研究及其理論分析》是依託北京工業大學，由許成順擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：側限約束條件下的砂土液化機理試驗研究及其理論分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許成順
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

近些年全球範圍內頻繁發生地震，砂土液化現象作為地震災害的一種主要形式，常常會引起建築物基礎的不均勻沉降及結構的破壞，造成嚴重災害和人員傷亡，給人類帶來巨大災難，尤其是2011年2月發生的紐西蘭6.3級地震造成了罕見的大面積液化，使人們重新認識到土體液化問題的複雜性和深入研究的必要性。關於土體液化問題在室內一般採用常規動態三軸或動態扭剪等實驗手段，但其結果往往無法解釋實際液化現象。主要原因在於室內試驗土單元的應力狀態和實際土體應力狀態並不一致。.本項研究擬聯合運用先進土工試驗、理論分析與數值計算等技術手段，以利用室內小尺寸單元試驗探討土體在側限條件下的液化特性為主線，研究土體初始應力狀態和應力重分布對動力特性的影響，包括研究新的孔隙水壓力模型等；在此基礎上，發展適合描述側限約束條件下的土體應力應變關係的彈塑性本構模型，最後藉助有限元計算方法評價液化場地地下結構抗震性能。

結題摘要

地基液化是工程結構地震破壞的重要原因之一。1964年日本新瀉地震和美國的阿拉斯加地震中發生了大量的場地液化引起的砂沸、地基承載力喪失、不均勻沉陷、邊坡流滑等災難性的破壞。此後地震液化問題廣泛引起學術界和工程界的重視，學者們針對砂土液化開展了大量的研究工作。室內試驗是飽和砂土液化研究不可或缺的手段，也是揭示地震液化機理的重要手段。除大型振動台和離心振動台試驗外，國內外很多學者也利用動單剪儀、動三軸儀、動扭剪儀及豎向-扭剪耦合剪下儀開展了大量的試驗研究，探討了其液化機理、孔隙水壓力發展模式、抗液化強度及其影響因素等，並將室內試驗得到的孔隙水壓力計算公式、抗液化強度等結果直接用於實際場地液化評價中。而已有常規動三軸、動扭剪試驗研究表明，非均等固結條件下飽和砂土的液化狀態、極限孔壓與固結比、循環動載幅值相關，小幅循環動載作用下常不能實現土體液化過程模擬，這與某些實際場地在小幅動載作用下產生的土體液化情況不符，也為土體抗液化能力和孔壓增長評價帶來了不確定性。 本項目在臨界狀態土力學框架下，分析了常規試驗中非均等固結條件下飽和砂土液化狀態與固結比、循環動態幅值的關係，並通過試驗驗證了其正確性。結合實際場地土體的受力狀態和液化過程分析，提出了非均等固結條件下飽和砂土液化試驗的變圍壓控制方法，對比分析了常規動三軸、動扭剪和變圍壓土體液化試驗揭示的不同液化過程機理，提出了“持續液化”的概念，並與常規試驗中的“瞬時液化”情況進行了比較。在此基礎上，針對非均等固結條件下飽和砂土液化試驗的孔隙水壓力增長特徵，建議了基於統一液化定義的孔隙水壓力增長模型確定思路。