黄土力学特性及一般含细粒土体液化判别方法研究

摘要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................................. I II 目录 ............................................................................................................................................. V 第一章绪论 . (1)

1.1研究意义 (1)

1.2研究现状综述 (2)

1.2.1 固结比对土体刚度影响 (2)

1.2.2 黄土遇水软化特征 (3)

1.2.3 含细粒土体液化判别方法 (4)

1.3论文的主要内容 (7)

第二章非等向固结压缩量对土体刚度影响 (9)

2.1试验仪器、试样及试验方法 (9)

2.1.1 试验仪器 (9)

2.1.2 试样 (10)

2.1.3 试验方法 (10)

2.2试验结果和分析 (10)

2.2.1 弯曲元接收波形 (10)

2.2.2 试验结果 (11)

2.2.3与Hardin公式比较 (13)

2.2.4与其他结果的比较 (15)

2.3本章小结 (17)

第三章原状黄土遇水及饱和后软化特征 (19)

3.1原状黄土饱和过程剪切波速跟踪测试 (19)

3.1.1 试验仪器与试样 (19)

3.1.2 试验步骤与结果 (19)

3.1.3 试验结果分析 (22)

3.2饱和黄土与原状黄土试验对比 (23)

3.2.1 试验方案 (23)

3.2.2 试验结果 (24)

3.3现场试验与分析 (25)

3.3.1 饱和黄土场地现场试验 (25)

3.3.2 与砂土、粉土对比 (26)

3.4本章小结 (28)

第四章粉土触变性及剪切波速液化判别方法 (29)

4.1基于标贯击数与剪切波速的液化判别方法 (29)

4.1.1 基于SPT的Seed方法 (29)

4.1.2 基于剪切波速的Andrus和Stokoe方法 (29)

4.1.3 方法对比 (31)

4.2剪切波速与标贯击数相关关系 (31)

4.3中国规范剪切波速液化判别方法 (33)

4.4本章小结 (33)

中国地震局工程力学研究所博士学位论文

第五章含细粒土体液化判别特征指标 (35)

5.1液化判别式特征指标 (36)

5.1.1 塑性指数 (36)

5.1.2 细粒含量与粘粒含量 (38)

5.2液化初判准则特征指标 (44)

5.2.1 粘粒含量 (44)

5.2.2 塑性指数 (45)

5.3本章小结 (46)

第六章含细粒砂性土标贯液化判别方法改进 (49)

6.1现有方法及判别结果 (49)

6.1.1 中国规范方法 (49)

6.1.2 美国NCEER推荐方法 (50)

6.2方法对比 (50)

6.2.1 细颗粒特征指标对比 (50)

6.2.2 “矛盾区”两个方法对比 (51)

6.2.3 “剩下区”两个方法对比 (52)

6.3中国规范方法与NCEER方法改进 (54)

6.3.1 数据分析 (54)

6.3.2 中国规范方法改进 (55)

6.3.3 NCEER方法改进 (57)

6.4本章小结 (58)

第七章基于CPT与SPT的液化判别方法比较 (61)

7.1ROBERTSON方法（CPT） (61)

7.1.1 方法简介 (61)

7.1.2 判别结果 (63)

7.2OLSEN方法（CPT） (64)

7.2.1 方法简介 (64)

7.2.2 判别结果 (65)

7.2.3 两个CPT液化判别方法对比 (66)

7.3SEED方法（SPT） (66)

7.3.1 判别结果 (66)

7.3.2 SPT液化判别方法与CPT方法对比 (67)

7.4本章小结 (68)

第八章结论与展望 (71)

8.1本文完成的工作和成果 (71)

8.2本文的主要创新点 (74)

8.3未来工作展望 (75)

参考文献 (77)

致谢 (83)

作者简介 (85)

攻读博士期间发表的文章 (85)

攻读博士期间参与的科研项目 (85)

第一章绪论

1.1 研究意义

黄土在我国分布广泛，且多集中在地震频发、烈度较高的西部地区。在这些地区，地震作用所引起的滑坡和震陷作为黄土地区的两大地震地质灾害已为人们所公认。然而，自1990年以后，大量地震实例的调查和室内试验研究表明，饱和黄土甚至高含水率的黄土也具有很大的液化势和流态破坏势[27] [37] [38]。考虑到农业灌溉条件的逐步改善，大中城市向河谷高阶地上大规模发展，局部地下水位的上升，导致黄土地区许多局部区域的含水量极大增加，从而使黄土液化成为黄土地区的一大潜在震害。

准确地预测饱和黄土在设计地震动的作用下是否会液化，对于工程地基和土工结构物抗震设计中有效预防地震液化造成的危害是十分重要的。但是，目前国内《建筑抗震设计规范》[9]的液化判别方法是根据20世纪50年代以来历次地震对液化场地的实际考察、测试分析结果得出的。从地貌单元来讲这些地震现场主要为河流冲洪积形成的地层，不包括黄土分布区。因此，规范条文中明确规定液化判别土类不含黄土。

黄土从颗粒组成来说，属于细粒土范畴，但其大孔隙、弱胶结的结构性及水敏性又决定其不同于一般细粒土。近来，王兰民等[39]以《建筑抗震设计规范》中粉土液化判别方法为参照，结合黄土土性及力学特性，给出了饱和黄土液化初判及详判指标与方法。但是，正如R. B. Seed等[94]所述，对于含细粒土体的液化势问题，一直饱含争议与矛盾。换言之，粉土液化判别指标及方法也有很多不确定性。

关于粉土液化粘粒含量初判准则，R. B. Seed等[94]基于1999年土耳其Kocaeli 地震[62]和台湾集集地震[97]现场液化考察结果指出中国规范关于粘粒含量的初判准则是非常错误的。主要基于两点：首先，有大量高粘粒含量的液化实例；另外，粘粒的作用并不取决于其土颗粒尺寸，而是由其所含粘土矿物及其活动性决定，并例举石英颗粒即使再细小，也是无粘性的。

关于含细粒土液化详判，中国规范是在砂土判别式的基础上乘一个粘粒含量（粒径小于0.005mm）的修正系数，而Seed方法是基于液化资料建立细粒含量（粒径小于0.075mm）分别大于15%和35%的CRR-(N1)60液化临界曲线。两种方法表面上只是细颗粒指标的不同，实际却有着适用土类的本质区别。中国《建筑抗震设计规范》从89规范开始，关于液化判别式中的粘粒含量，就规定为当小于3或为砂土时，均应采用3。也就是说，对于粉砂不管粘粒含量多大，均按纯净砂判别。参照中国关于砂土、粉土分类标准，即为当细粒含量大于50%时，才考虑粘粒含量。这与Seed将细粒含量15%和35%的液化临界曲线向左移，存在明显的矛盾，