【摘 要】
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珊瑚土是由珊瑚及珊瑚礁盘由冲蚀、分解、加工及沉积产生的从粉粒到砾粒甚至巨粒组的宽级配无黏性土统称,也是我国岛礁工程及“一带一路”部分涉外项目的主要工程材料。从全球历史地震分布及地质构造特征分析,该类工程场地通常面临较高的地震风险,已有国外典型历史震害调查表明,液化是珊瑚土场地地震破坏的主控因素之一。目前珊瑚土液化试验在技术上尚不成熟,并且国内对珊瑚土的液化风险研究仍然存在争议。为探究珊瑚土的液化特
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珊瑚土是由珊瑚及珊瑚礁盘由冲蚀、分解、加工及沉积产生的从粉粒到砾粒甚至巨粒组的宽级配无黏性土统称,也是我国岛礁工程及“一带一路”部分涉外项目的主要工程材料。从全球历史地震分布及地质构造特征分析,该类工程场地通常面临较高的地震风险,已有国外典型历史震害调查表明,液化是珊瑚土场地地震破坏的主控因素之一。目前珊瑚土液化试验在技术上尚不成熟,并且国内对珊瑚土的液化风险研究仍然存在争议。为探究珊瑚土的液化特性,揭示我国珊瑚土场地的地震液化风险,本文从珊瑚土液化试验技术研究出发,以室内试验结果为基础,探究了珊瑚土的液化特性,主要工作及成果如下:(1)通过对珊瑚土制样饱和过程B值的测量与分析,指出饱和过程存在“非稳态饱和”现象,结合文献报道的关于珊瑚土(有文献也称为钙质砂、珊瑚砂等)液化试验饱和过程与试验结果的梳理分析,指出“非稳态饱和”的存在将高估珊瑚土(包括文献中涉及的钙质砂、珊瑚砂等)抗液化强度,甚至影响液化现象的复现。基于此认识,本文首先提出了试验制模阶段的饱和过程优化方法,限制了珊瑚土试样的“非稳态饱和”影响。进一步通过整合含内孔隙颗粒模型的相对密度与压实度推导及橡皮膜顺变性校正技术,提出了一套适用于不同级配珊瑚土液化试验方法,该套试验方法为珊瑚土液化试验技术的标准化提供了支撑,也是本文后续含大颗粒的宽级配吹填珊瑚土的液化试验研究的技术基础。(2)采用南海某岛礁工程实际吹填珊瑚土为试验材料,配制四种含砾量珊瑚土试样,模拟原位压实度,通过室内大粒径动三轴液化试验研究了实际吹填珊瑚土的抗液化能力。基于Seed简化法,将试验结果与历史珊瑚土液化场地的地震条件进行比较研究,结果表明,实际吹填珊瑚土能够发生液化,并且在以上历史地震条件下,我国南海岛礁工程珊瑚土吹填场地同样面临地震液化风险,其抗液化能力不优于历史上的液化珊瑚土场地。进而比较了含砾量对陆相砾性土与实际吹填珊瑚土抗液化强度的影响模式的差异,提出了含砾量对抗液化强度的修正模型,一方面可以定量化描述大颗粒在实际吹填珊瑚土抗液化强度中的影响规律,另一方面也建立了不同含砾量珊瑚土抗液化强度的简化估计方法。(3)应用文献数据统计分析了1993年关岛地震典型珊瑚土液化场地的标准贯入试验(SPT)修正贯入击数,发现不同场地及总体上的试验结果都符合对数正态分布,即场地从松到密皆有分布,由此指出现行基于SPT指标的液化判别方法在珊瑚土场地并不适用。通过相同含砾量的不同相对密度珊瑚土的抗液化强度试验结果归纳,并比较分析文献中不同密实程度珊瑚土与陆源无黏性土抗液化强度,发现高相对密度时,珊瑚土的抗液化强度低于陆源土,而低相对密度下则相反;指出随着相对密度的提高,珊瑚土的抗液化能力增长显著低于陆源土,从机理上解释了基于SPT指标等现行液化判别方法不适用于珊瑚土场地的原因,一并指出了通过加密土层方法对珊瑚土地基进行抗液化加固的工程风险。(4)统计分析了循环荷载作用下的均等固结不排水试验(液化试验)的孔压测试结果,发现了不同含砾量的含大颗粒吹填珊瑚土的孔压比皆可发展到1.0,即以初始孔压标准达到液化。同时指出橡皮膜顺变性延缓了珊瑚土液化试验中孔压发展,甚至改变其发展模式,需经过顺变性校正的大粒径三轴试验孔压结果才能作为建立该土类的振动孔压模型的试验依据。进一步研究发现,含大颗粒吹填珊瑚土的归一化孔压比按“反S”形态发展,经典的Seed模型在除含砾量较高、相对密度较大的工况外仍可较好的描述这种发展形态,研究提出基于Seed模型的双参数修正模型更合理的描述吹填珊瑚土的孔压发展,并给出了在不具备试验条件确定模型参数时,应用试样含砾量和相对密度估计模型参数的方法。
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