強震作用下邊坡液化流滑流體力學機理及預測方法研究

《強震作用下邊坡液化流滑流體力學機理及預測方法研究》是依託江蘇大學，由周恩全擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：強震作用下邊坡液化流滑流體力學機理及預測方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周恩全
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

強地震動作用下砂土邊坡液化流滑問題是岩土工程抗震領域的重點之一。本項目採用流體力學方法，以砂土邊坡為研究對象，綜合採用振動台試驗，動三軸試驗，數值計算對邊坡液化流滑的流體力學機理和預測方法開展深入研究和探討。首先，通過邊坡流滑的小型振動台試驗和飽和砂土液化特性的動三軸試驗，提出邊坡液化流滑觸發和終止流動性水平，揭示邊坡液化流滑的流體力學機理；其次，開展小型振動台拖管試驗和飽和砂土液化後載入試驗，對飽和砂土液化後流體特性進行分析，建立液化後砂土的流體本構模型；最後，以流體本構模型為基礎建立邊坡液化流滑的流體力學分析方法，並輔以振動台試驗和離心機試驗資料進行分析方法的驗證和完善。本項目對砂土邊坡液化流滑的分析和預測提供更加系統、全面、科學的理論依據和實驗基礎。

結題摘要

強地震動作用下砂土邊坡液化流滑問題是岩土工程抗震領域的重點之一。本項目將液化後砂土視為流體，研究了液化傾斜邊坡的流動變形特性和機理以及液化傾斜場地中樁基的動力回響機制，並通過橡膠顆粒改良飽和砂土提高其抗液化性能，降低液化流滑風險。 基於邊界層理論研發設計液化後砂土流體特性測量裝置，該裝置可有效測試液化後砂土的流體特性，通過室內試驗研究了液化後砂土的流體特性，表明液化砂土流體特性具有孔壓相關性和率相關性，揭示了液化後砂土具有剪下稀化非牛頓流體特徵；廣泛對地震滑坡資料進行分析，結果表明可液化土層在強震作用下孔隙水壓力上升，有效應力降低是引發液化流滑的根本機理；開展了可液化傾斜場地-橋樑樁基振動台試驗，探討了可液化場地的超孔隙水壓力、加速度、以及樁基結構的動應變和動土壓力反應特徵，分析了邊坡流滑變形特徵隨孔壓發展展示出的階段性特性，揭示了場地巨觀動力回響受到土層液化程度及土層慣性的共同影響，土層足夠的液化勢與土層慣性的耦合作用是造成傾斜場地液化流滑的內在機理，並研究了場地流滑及流滑推樁的動力回響規律，揭示了動載作用下流滑推樁破壞機制；基於流體力學方法，將液化後砂土視為流體，提出了液化邊坡流動變形及其流滑推樁的計算方法；研究橡膠顆粒改良飽和砂土，分析了飽和橡膠砂混合土動強度特性、孔壓特性及顆粒遷移特性，考慮橡膠含量的影響得到了歸一化混合土液化強度曲線，考慮循環應力比和橡膠含量對混合土動孔壓比發展的影響，建立動孔壓比發展模型，試驗發現高橡膠含量，高應力比時橡膠砂混合土在液化過程中橡膠顆粒向試樣頂部遷移集聚，基於顆粒細觀接觸和顆粒運動狀態揭示了橡膠顆粒遷移機理。 研究成果為液化邊坡的流動變形研究提供理論依據和實驗基礎，將有助於提高地震液化區工程結構防災總體水平，減少和降低邊坡液化流滑破壞引起的災害性後果，增加工程安全性和經濟性。