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地震引起的地基液化往往会给人类带来巨大的生命财产损失,因此液化地基的处理是一项重要的任务。传统的液化地基处理方法存在着一定的局限性,因此有必要提出一种更加高效的处理方法。共振法的提出为液化地基领域开辟了一条新的道路。 本文获国家自然科学基金项目(41372308);中央高校基本科研业务费专项资金(SJLX15_0060)和江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(SJLX15_0060)资助。以十字翼共振法为研究对象,以揭示共振法加固可液化地基的机理、效果以及黏土夹层对共振法处理可液化地基的影响为目标,采用以室内模型试验为主,以数值模拟为辅的方法,对共振法处理可液化地基技术进行了进一步的研究。主要成果如下: (1)自主研发的模型试验装置由四部分组成,起吊设备、激振设备、模型槽和测量系统。试验所用土样包括砂质粉土、细砂、黏土和珊瑚砂。模型试验共包含五个工况,每个工况试验方案基本一致,都包括制样、振前常规试验、振动试验、振后常规试验。 (2)共振法的加固机理主要有下面几个方面。在振动过程中,振孔中的土颗粒向上移动,形成了竖向排水通道。在共振状态下,土压力和孔隙水压力呈同步调的周期性变化,在共振结束后,土压力大于振动前的值,孔隙水压力小于振动前的值。共振状态下的能量传递规律是:沿横向能量的传递在递减,且递减的幅度在增大,最终趋于零;沿纵向能量的传递,在粉土地基中下部土层最大,上部土层次之,中部土层最小,在砂土地基中上部土层最大,下部土层次之,中部土层最小。 (3)共振法处理后,地基土在以下几个方面取得了显著效果。在相对密实度方面,粉土地基提高了19.3%,砂土地基提高了35.0%,含黏土夹层的砂土地基提高了30.8%。砂土地基的沉降量是粉土地基的1.16倍,是含黏土夹层的砂土地基的1.38倍。三种地基在单点振动后,距振点30cm范围内的土体强度都得到了提高。粉土、砂土、含黏土夹层砂土地基的频率比分别为1.003、1.024、1.025,都接近于1,三种液化地基都达到了共振状态。共振法加固砂土地基的效果要尤于粉土地基。 (4)黏土夹层对共振法处理可液化地基的影响包括以下几个方面:黏土夹层的存在,使得振杆形成的排水通道受阻,颗粒移动速度和幅度变小;降低了土层的振动最大加速度,影响了振源能量的传播;使得地基的密实度增加量降低了12%,工后沉降量降低了27.3%,强度增加量降低了50%。 (5)用FLAC3D进行数值模拟,并与室内模型试验结果相验证。静力计算时,土层最底层竖向应力的理论值和FLAC3D得到的计算值基本相等,可以认为初始应力计算是可靠的。在不同的振动阶段,中下部土层中,孔隙水压力的变化趋势大体上都遵循在横向减小,但减小幅度不大;纵向增加,且增加幅度很大。随着距离振点距离的增加,土层的沉降在减小。数值模拟结果与室内模型试验结果基本一致。数值模拟得出的最大沉降量是4cm,室内模型试验得到的最大沉降量是4.4cm。