含粘粒砂土地震液化災變定量評價的多尺度試驗研究

《含粘粒砂土地震液化災變定量評價的多尺度試驗研究》是依託浙江大學，由周燕國擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含粘粒砂土地震液化災變定量評價的多尺度試驗研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：周燕國
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

飽和砂性土地震液化災變及其判別是岩土地震工程領域的重要研究課題。迄今已有的砂土液化判別研究主要集中在潔淨砂上，很少涉及含粘粒砂土。近年來全球地震中出現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構損傷、單元體動力特性弱化到場地液化破壞的多尺度災變問題，粘粒種類、含量和塑性對砂土結構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變的關鍵科學問題。本項目擬通過土顆粒微觀結構觀測、動三軸單元體試驗、土工離心機振動台模型試驗和地震液化現場調查相結合的多尺度試驗研究，利用剪下波速表征含粘粒砂土結構性，揭示含粘粒砂土結構性對抗液化強度和剪下波速的影響規律，建立抗液化強度與剪下波速間的相關關係。據此發展含粘粒砂土地震液化判別剪下波速法，完善現有的考慮細粒影響的砂土液化判別方法以指導實際場地液化評價，從而為我國地下基礎設施防震減災及工程抗震設計提供科學依據。

結題摘要

本課題以含粘粒砂土為研究對象，通過土顆粒微細觀結構觀測、動三軸單元體試驗、土工離心機振動台模型試驗和地震液化現場調查測試相結合的多尺度試驗研究，以剪下波速為土體結構性的表征參數，揭示粘粒含量對含粘粒砂土結構及動強度和剪下波速的影響，從而發展含粘粒砂土液化判別的剪下波速方法。發展了含粘粒砂土製樣控制方法，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，開展了測量剪下波速的固結試驗和滲透試驗，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的影響規律，揭示不同固結應力狀態下含粘粒砂土剪下波速變化規律。在此基礎上，利用光學顯微鏡技術觀測不同粘粒含量含粘粒砂土微細觀特徵，發現隨著粘粒含量的不斷增加，含粘粒砂土結構發生了從“類砂土”到“類粘土”的演變，其粘粒臨界含量約為20-25%。據此改進了含粘粒砂土微觀結構演化的概念模型，用於解釋粘粒含量對砂土結構性及剪下波速等巨觀參數的影響機理。開展測量剪下波速的動三軸液化試驗，研究重塑含粘粒砂土動應力應變關係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下波速的影響規律。研究發現，當粘粒含量低於臨界含量時，與相同骨架相對密度的潔淨砂相比，含粘粒砂土表現出更大的剪縮勢、更易液化，且該規律可用結構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）與剪下波速(Vs1)之間的相關關係，發現該相關性曲線隨粘粒含量增加而上升。研發了超重力環境下的彎曲元波速測試技術，開展了4個測量剪下波速的離心機振動台液化模型試驗。通過潔淨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回響及超靜孔壓變化規律。建立了基於離心機振動台試驗的模型場地液化數據處理方法，獲得了34組液化實例數據（CSR,Vs1），驗證了基於單元體試驗獲得的CRR-Vs1相關關係的正確性。對1999年我國台灣地區集集地震、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資料庫（包含地震剪應力比CSR、剪下波速Vs1和粘粒含量CC），從場地尺度驗證了基於單元體試驗獲得的CRR-Vs1相關關係可靠性。最後基於Seed 簡化方法框架，提出含粘粒砂土場地液化判別的剪下波速方法。本項目研究成果共發表論文11篇，授權或申請專利5項，並獲得多項省部級獎勵。