【摘 要】
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含细粒砂性土相比于纯净砂,在自然界中分布更加广泛,针对砂土液化问题,前人已经做了广泛而深入的调查;但关于细粒对砂土体液化势及液化特性的影响,由于实验室室内配置试样的相对密度、土体骨架强度以及细粒在砂土中的存在形式很难控制,无论从制样方法、液化机理、判别指标方面还存在较多不确定性,导致细粒含量对砂土体液化势及液化特性的影响至今存在争议。因此,系统研究含细粒砂土的液化问题,包括基于现有试验方法、试验结
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含细粒砂性土相比于纯净砂,在自然界中分布更加广泛,针对砂土液化问题,前人已经做了广泛而深入的调查;但关于细粒对砂土体液化势及液化特性的影响,由于实验室室内配置试样的相对密度、土体骨架强度以及细粒在砂土中的存在形式很难控制,无论从制样方法、液化机理、判别指标方面还存在较多不确定性,导致细粒含量对砂土体液化势及液化特性的影响至今存在争议。因此,系统研究含细粒砂土的液化问题,包括基于现有试验方法、试验结果的新认识,以及开发新的试验技术,对含细粒砂性土地震液化的预防具有非常重要的现实意义。以往大多数研究者都是以等干密度制样原则室内配置试样来研究细粒含量对砂土液化势的影响。一般结果都显示,砂土抗液化强度随细粒含量的增加呈现开口向上的抛物线型,主要原因是以等质量的细粒置换出等质量的砂,而细颗粒首先会进入砂颗粒孔隙中去,使混合试样骨架变弱,此种制样方法的合理性存在争议。针对此问题,本文从制样原则以及细粒含量对砂土级配、孔隙比和体变势的影响等方面,分别开展了三轴(CU)试验、最大(最小)干密度试验和室内击实试验,通过峰值强度、残余强度、孔压、有效抗剪强度指标c’、φ’、细粒参与骨架比例、液化势指数和体变势等作为表征指标来研究细粒含量对砂土液化势的影响规律与机理。具体工作与成果如下:(1)分别采用等孔隙比、等骨架孔隙比两种制样原则向黄河粉砂中掺入黏粒配置不同黏粒含量粉砂-黏粒混合试样,在不同围压下对其进行三轴固结不排水剪切试验,对比分析两种制样原则的试验结果,研究分析黏粒含量对饱和粉砂静态液化特性影响,并分析现有制样原则存在的问题。结果表明:随黏粒含量增加,等孔隙比制样原则下,前期由于黏粒置换出等质量的粉砂使混合试样骨架变弱,后期由于黏性作用使骨架增强,抗液化强度整体呈现先降低后增强趋势;等骨架孔隙比制样原则下,细粒刚开始就不是只进入砂颗粒孔隙中,而明显表现出骨架增强作用,使混合试样抗液化强度逐渐提高。(2)分别从等孔隙比、等骨架孔隙比、等相对密度三种制样“标准”角度对经典文献中砂土最大、最小孔隙比随细粒含量变化关系曲线分析着手,探讨细粒含量对砂土液化势影响分析途径。结果表明:等孔隙比反映的更多是相对密度随细粒含量变化趋势;等骨架孔隙比是一种理想状态,不符合砂土液化实际情况;等相对密度考虑不全面。无论是等孔隙比、等骨架孔隙比、或是等相对密度,都是希望让不同细粒含量的试样能在同一“起跑线”上,去比较液化势。但是,在全相对密度范围内,同一“起跑线”理念即为单线比较,只会得出片面的认识。(3)以福建标准砂(0.075-2mm)、筛选“粗”标准砂(0.15-2mm)、及“细”标准砂(0.075-0.5mm),分别配以无塑性粉粒。随粉粒含量逐渐增大,试验得出三组最大、最小孔隙比曲线之间的范围,最大、最小孔隙比曲线下降段的斜率,研究不同砂土与无塑性粉粒混合物颗粒接触状态及应力骨架。结果表明:随粉粒含量增加,由于级配先变优后变差,砂、粉混合物最大、最小孔隙比先减小后增大;粉粒在密实状态下,更容易进入砂颗粒孔隙中,而在松散状态下,更容易赋存于砂颗粒接触点或接触面上;初始砂土孔隙比越大,粉粒越容易进入粗颗粒孔隙中去。(4)对各砂、粉混合物,在击实筒中制初始相对密度20%试样,实施击实试验,记录击实沉降与击数关系曲线。分析相对密度从20%-33%-50%-67%-80%四个区间的击数,记作N1、N2、N3、N4,分别得出上述击数随粉粒含量变化趋势。通过室内击实试验模拟现场标贯试验,从相对密度、粉粒含量两个维度研究砂性土体变势的变化规律。结果表明:粉粒含量起“滚珠”效应,会显著提高砂土体变势,根据砂土地震液化机理,则液化势也将显著提高。
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