振动频率对饱和砂土液化强度的影响
饱和砂土液化机理及液化判别方法
饱和砂土液化机理及液化判别方法作者：严鹏来源：《科技创新与应用》2017年第02期摘要：砂土液化是一种由地震引起的次生地质灾害。
我国邢台、唐山和海城三地强地震，都发生了大范围的液化，造成严重损害。
在当前国家加强基础设施建设、加快城镇化的背景下，砂土地震液化判别在岩土工程勘察中的重要性在不断提升。
文章对砂土液化机理进行介绍，对几种常用且有代表性的判别方法进行归纳总结，并对饱和砂土液化的判别方法提出自己一些认识及看法。
关键词：饱和砂土；液化机理；液化判别1 地震液化机理及影响因素1.1 砂土液化的概念在动力荷载、地震、等外力作用下，饱和砂土受到强烈的振动，导致其丧失抗剪强度，并使砂粒处于悬浮状态，造成地基出现失效现象即称为砂土液化。
1.2 地震液化的机理地震时剪切波在土体中引起交变应力，产生震动孔隙水压力。
引起孔隙水压力增加的原因是水与土粒在交变应力的作用下，受强烈震动的土粒变密，而受到水的阻碍把能量传递给水。
随着孔隙水压力的上升，土颗粒在自重的作用下力图向下沉落，而孔隙水在震动孔隙水压力作用下力图向上排出，导致土体结构在被破坏的瞬间，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，最终有效应力减至零，土粒间无力的传递，土粒失重，使抗剪强度消失，进而砂土出现液化情况。
此时土骨架崩溃，土粒可随水流动，这就是液化过程。
1.3 液化影响因素砂土的组成：一般情况下，粗砂比细砂不容易液化，其主要原因是粗砂有良好的透水性，即使粗砂发生液化现象，孔隙水超压作用时间短，大大缩短其液化的时间。
相对密度：密砂比松砂不容易液化。
由于松砂是无粘性土与粘性土之间的土壤，所以砂土的密度低容易发生液化。
土层的埋深：地震发生时，液化砂土层的深度处于10m以内。
因此砂土层埋深深度越大，砂土越不容易液化。
地下水位：地下水位浅的比水位深的地方较容易发生液化现象。
地下水位深度小于4m的砂类液化区域，易发生液化。
粉土液化在7度至9度区内，地下水位小于1.5m、2.5m、6.0m 的区域容易被液化。
砂类土的振动液化
喷砂冒浆 震陷 振动液化的危害 滑坡 地基失稳
日本阪神地震引起的路面塌陷
由于液化引起的河道破坏—日本神户
影响液化的主要因素
（1）土的类型
----黏性土在振动作用下，抗剪强度不会为0，不具备 液化的内在条件
----颗粒较粗的砂土，孔隙大，渗透性好，孔隙水压 力很快消散，不易累计，一般不会液化 ----地下水以下的细砂土或粉土，渗透性小，荷载下 孔隙水不易排出，孔隙水压力增加导致产生液化
桥台基础（地震液化后突出地面）
液化机理
振前砂土结构
振中颗粒悬浮， 有效应力为零
振后砂土变密实
液化定义
• 在饱和砂土中，由于振动引起颗粒的悬 浮，超静孔隙水压力急剧升高，直到其 孔隙水压力等于总应力时，有效应力为 零，砂土的强度丧失，砂土呈液体流动 状态，称为液化现象。
砂类土必须处于饱和状态 产生振动液化的条件
受到振动力作用
3.5 砂类土的振动液化
砂类土的振动液化 饱和砂类土在振动荷载作用下 完全丧失抗剪强度而呈现类似 液体状态的现象。 液化现象
孔 压 U
•饱和松砂在振动情况下孔压
急剧升高
时间T
•在瞬间砂土呈液态
地基液化引起的储油罐 倾斜—日本神户
液化机理 1）初始的疏松状态，砂土压力由 砂骨架承担，土层稳定。
2）振动后，砂颗粒移动，骨架 承担的有效压力由孔隙水来承担， 孔隙水压力升高使砂处于悬浮状 态---形成砂悬液（液化） 3）孔隙水排出后，压力重新传给 土粒承受，砂土达到新的稳定状 态，处于新的密实状态
（2）土的密度 （3）振动荷载 （4）土的饱和度
Байду номын сангаас
----土的相对密度越大，抗液化能力愈强 ----产生液化的主要外部条件 ----饱和度越小，抗液化的能力越高
饱和砂土震动液化的研究综述
课程应用地球物理导论专业班级11级地学试验班姓名董岳林学号010*******饱和砂土震动液化的研究综述董岳林（中南大学地球科学与信息物理学院，11级地学试验班，010*******）摘要：根据国内外的文献资料，分析了饱和砂土震动液化的机理、饱和砂性土的抗液化强度影响因素，综述了饱和砂土震动液化的危害、判别方法及防治措施，为砂土的液化研究提供理论依据。
关键词：饱和砂土；液化；地震1引言在动荷载如地震的作用下，饱和非粘性土受到强烈震动，抗剪强度丧失，整个土体处于悬浮状态，这种现象被称为砂土液化。
砂土液化是一种破坏性非常强并具有一定区域性地质灾害。
许多震害经验表明，液化是造成场地地震破坏的首要原因之一，地震引起的地基实效约50%都起因于液化。
因此，砂土液化机理的研究及液化可能性的判定对建筑场地的选择、城市规划以及液化区建筑物保护措施的选择具有非常重要的意义。
2饱和砂性土震动液化机理地震时剪切波由下卧层向上传播，并在土体中引起交变应力，从而产生震动孔隙水压力，这是饱和砂土液化的主要原因。
在交变应力作用下，土粒的接触点处会产生新的应力，当这种应力达到一定的数值时，就会破坏土粒间原来的联接和结构状态，使砂粒间彼此脱离接触，此时，原先由砂粒通过接触点传播的应力，就要传递给空隙的水来承担，从而引起孔隙水压力的增加。
随着应力循环次数的增加，孔隙水压力因逐渐积累而上升。
一方面，孔隙水在一定的震动孔隙水压力作用下力图向上排出：另一方面，土颗粒在自重的作用下又力图向下沉落，致使在结构破坏的瞬间或一定的时间内，土粒向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，使土粒处于局部或全部悬浮状态，抗剪强度局部或全部消失，土即出现不同程度的变形或全部液化。
由以上分析不难看出，在地震动作用下，饱和砂土发生液化要同时具备两个基本条件：①震动强度足以使土体结构发生破坏，这主要取决于地震动的强度和持续时间、土体的强度、上覆土压力大小等；②土体结构破坏后，震动孔隙水压力随应力循环次数的增加而逐渐上升，其大小最终足以使饱和砂土出现局部和全部消失抗剪能力。
砂土地震液化的影响因素及防治措施分析
打入钢管时的振动及钢管的挤土作用已使砂土被挤密，在夯实填入粗粒
料的同时，又在桩径方向扩张，使周围的松砂进一步被挤密
爆炸振密法：利用爆炸时的冲击力使地基土的原有结构被破坏(产生液化)。
振冲置换法：在地基砂土中插人棒状的振冲器，同时开动水泵,使喷嘴 喷出高压水流，在振动水冲的联合作用下，振冲器很快即可沉到预定深 度。清孔后从孔口逐段填粗粒填料，每段填料均用振冲器振挤密实，达 到要求的密实度后，施工下一填料段，直至地表
相对密度值 62.5% 66% 66.5%
结果 砂土一般不液化 砂土一般不液化 砂土一般不液化
例如在1964年日本新泻市大地震时，相对密度为50%左右的地方，砂土广泛 发生液化，但在相对密度大约超过70%的区域就没有发生液化。初始孔隙比 与相对密度对液化的影响趋势是相同的。
自由场地 现存结构
自由场地
动荷条件属于外在因素， 主要包含震动强度和持
续时间。
埋藏条件从广义上分为 物理条件和化学条件
砂土的粒径，相对密度 或初始孔隙比
动荷条件
震动强度以地面加速度来衡量,震动强度 大,地震地面加速度就大,相同条件下的饱和砂 土层就容易被液化。
震动持续时间长,往往意味往复加荷次数 多,反之则少,因此地震持续时间越长,砂土越 可能液化。
力愈大，砂土液化的难度愈大。例如在在日本新泻地震时，在一个有三米厚填土
的区域，经过地震之后，砂土层保持稳定。但在该区域以外砂土却广泛液化。在
海城地震（1975）也出现了类似的现象。
地下水的埋深和上层排水关系 埋藏条件
砂土液化必然离不开水，地下水的埋深和上层排水条件直接影响砂层液化的 产生和发展，地下水是砂土饱和的必要条件。
例如在2008年四川汶川地震中，根据中国地震局台网中心公布的 汶川 8.0 级地震地表峰值加速度分布图。
碎石桩法防治砂土地震液化的应用
碎石桩法防治砂土地震液化的应用摘要：对位于抗震设防烈度大于6的场地，当地下范围内分布有易液化的土层时，应采取相应的措施（上部结构抗震构造措施、地基处理措施等）消除地震液化危害。
本文结合海南省文化艺术中心工程，分析了碎石桩法在防治砂土层地震液化中的应用效果。
关键词：碎石桩；地震液化；饱和砂土；标贯试验1. 前言1.1 砂土液化饱和砂土在地震、动荷载或其外力作用下, 受到强烈振动而丧失抗剪强度, 使砂粒处于悬浮状态, 致使地基失效的作用或现象为砂土液化。
1.2 饱和砂土振动液化机理当振动荷载作用在饱和沙土上时，砂土骨架因为振动的影响受到一定的惯性力和干扰力。
由于砂土质量和排列状况不同，再加上各点的起始应力和传递的动荷强度不同，使各个砂土颗粒的作用力在大小、方向上有明显的差异，从而在砂土颗粒间的接触点引起新的应力。
当这种新的应力超过一定数值后就会破坏砂土颗粒间原来的联结与结构，使砂土颗粒彼此脱离接触。
此时，原先由砂粒间的接触点传递的有效压力就转为由孔隙水来承担，从而引起孔隙水压力的骤然升高。
一方面，孔隙水在一定超静水压力作用下力图向上排出；另一方面，砂土颗粒在重力作用下向下沉落。
砂土颗粒的向下沉落受到孔隙水向上排出的阻碍，在结构破坏的瞬间或一定时间内使砂土颗粒处于局部或全部悬浮(当孔隙水压力等于有效覆盖压力时) 状态，砂土的抗剪强度部分或全部丧失，砂土即出现不同程度的变形或完全液化。
1.3 砂土地震液化的一般防治措施拟建建筑场地地层中存在地震液化的土层，对建筑抗震设防类别为丙级以上的建筑工程，需按相关规范采取相应措施全部或部位消除地震液化沉陷。
抗液化措施一般分队基础和上部结构处理措施及地基处理措施。
前者如：采用箱基、筏基或交叉条形基础等以加强基础的整体性和刚度，减轻荷载增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝等措施；后者如：采用加密法（振冲、振动加密、碎石桩、强夯等）对地基进行处理。
2 工程概况2.1 工程简介海南省文化艺术中心文化位于海口市国兴大道68号海南省文化公园内，为海南省政府重点公共建筑工程，是集办公、会议、剧院演出等功能于一体的多功能现代化建筑，建筑面积约23000m2，结构形式为框架剪力墙，总投资1.8亿。
砂土地震液化
砂土地震液化1、基本概况1.1、砂土液化饱和砂土在地震动荷载或其他外动力作用下，砂土受强烈振动后致使土体丧失强度，土粒处于悬浮状态，造成地基失效的作用或现象。
2.2、砂土地震液化的危害（1）涌砂砂土强度丧失后，砂涌出并掩埋作物，使土壤盐渍化、砂质化。
（2）地基失效持续的振动使砂土中土粒间原有应力减少乃至完全失效。
（3）滑塌地表以下一定厚度的砂土受到地震液化而产生滑坡。
（4）地面沉降饱和疏松砂土因振动而趋于密实，地面随之下沉。
（5）地面塌陷地震时砂土中空隙水压力剧增，当砂土出露地表或其上覆土层较薄时，即发生喷砂冒水，造成地下掏空，地表塌陷。
2、形成机制和影响因素2.1、砂土地震液化的形成机制饱和砂土在地震作用下有颗粒移动和变密的趋势，对应力的承受由砂土体骨架转向水。
由于砂土渗透性不良导致排水不畅，使孔隙水压力积累，从而粒间应力减少，当粒间应力减少至0时，即发生砂土液化。
2.2、影响砂土地震液化的因素（1）土体类型和性质以及砂土粒径和级配表征砂土液化条件。
其因素、以砂土的相对密实度Dr指标与影响如表1所示（2）饱和砂层的埋藏条件如表2所示表2 影响砂土地震液化的因素之埋藏条件（3）地震强度实测地震时最大地面加速度，计算在地下某一深度处由于地震而产生的实际剪应力，再用以判定该深度处的砂土能否液化。
（4）地震持续时间地震持续时间越长，其产生的等效剪应力循环次数N越多。
而地震持续时间与地震震级有关。
如表3所示3、砂土地震液化的判别和防护3.1、砂土地震液化的判别 （1）砂土地震液化的初步判别 ① 6度时，饱和砂土不进行液化判别② 饱和砂土其地质年代为第四纪晚更新世（Q 3）及其以前时，7、8度时可判为不液化③ 浅埋天然地基的建筑，当上覆非液化土层厚度和地下水深度符合下列条件之一时，不考虑液化影响d u ＞d 0+d b -2 d w ＞d 0+d b -3 d u +d w ＞1.5d 0+2d b -4.5d w :地下水深度(m) d u :上覆非液化土层厚度(m)d b :基础埋置深度，不超过2m 应采用2md 0:液化土特征深度（m ），对应地震烈度7度、8度、9度分别取7m 、8m 、9m ，计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除。
砂土的液化及防范措施
砂土的液化及防范措施【内容提要】明确砂土液化影响因素，判定液化等级，消除液化的措施及要求。
【主题词】砂土液化1、前言饱和砂土（含粉土，泛指无粘性土和少粘性土）在动力荷载（循环震动）作用下表现出类似液体性状而完全失去承载力的现象。
砂土颗粒间无内聚力的松散砂体，主要靠粒间摩擦力维持本身的稳定性和承受外力。
当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。
如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列状态的趋势，如果砂的孔隙是饱水的，要变密实效需要从孔隙中徘出一部分水，如砂粒很细则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形需要从孔隙中排除的水来不及排出于砂体之外，结果必然使砂体中空隙水压力上升，砂粒之间的有效正应力就随之而降低，当空隙水压力上升到使砂粒间有效正应力降为零时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了强度和承载能力，这就是砂土液化。
地震、波浪、车辆行驶、机器震动等都可能引起饱和砂土的液化。
其中以地震引起的大面积甚至深层的砂土液化危害最大。
2、砂土液化的形成机制砂土受振动时，每个颗粒都受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。
由于颗粒间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态，它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能最终达到最稳定状态。
如果砂土位于地下水位以上的包气带中，由于空气可压缩又易于排出，通过气体的迅速排出立即可以完成这种调整与变密过程，此时只有砂土体积缩小而出现的“覆陷”现象，不会液化。
如果砂土位于地下水位以下的饱水带，情况就完全不同，此时要变密就必须排水。
地层的振动频率大约为1一2周期／秒，在这种急速变化的周期性荷载作用下，伴随每一次振动周期产生的孔隙度瞬时减小都要求排挤出一些水，如砂的渗透性不良，排水不通畅，则前一周期的排水尚未完成，下一周期的孔隙度再减小又产生了。
应排除的水不能排出，于是就产生了剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。
砂土液化机理为饱和砂土在地震等周期性动荷载作用下
沙土类的振动液化原理及引发地质灾害砂土液化机理为饱和砂土在地震等周期性动荷载作用下，由于颗粒骨架结构趋于紧密，而引起孔隙水压力暂时显著增大，土体然丧失抗剪能力，产生较大的变形，甚至成为粘滞液体状态，并出现冒水、喷砂等现象。
这种现象称之为液化。
地震作用是一种循环作用，在每一次的循环中，由砂粒滑移引起的体积减少，在数量上等于由回弹引起的体积增加，这一过程的持续进行，一旦可恢复的弹性应变完全释放，即产生液化。
在上述过程中，虽然由于砂结构的总体体积保持不变，砂骨架孔隙的体积也没有改变，但却造成了砂骨架的松驰，结果使有效应力趋于零，孔隙水压力等于总压力。
这就意味着饱和砂土的抗剪强度的丧失。
砂土受振动时，每个颗粒都受到其值等于振动加速度与颗粒质量乘积的惯性力的反复作用。
由于颗粒间没有内聚力或内聚力很小，在惯性力周期性反复作用下，各颗粒就都处于运动状态，它们之间必然产生相互错动并调整其相互位置，以便降低其总势能最终达到最稳定状态砂土地震液化的机理液化砂层的孔隙水压力不能像无盖层情况那样可以自由向地表消散。
液化砂层内的剩余空隙水压力通过液体的压力传导作用于不透水层的底板，形成一个暂时的承压水层，根据静水压力原理，液化砂层内任意点的测压水位都是相等的。
剩余水压有两部分组成：即液化层的骨架压力和盖层压力。
假设液化砂层厚为M1，盖层层厚为M2，则剩余空隙水压力的大小可按下式求出：在这种情况下，只有剩余空隙水压力超过盖层强度，或盖层有裂缝，才沿裂缝产生喷水冒砂，渗流液化局限于喷水冒砂口附近。
该层越厚，隔水性越强，液化形成的暂时性承压水层的水头越高，一旦突破盖层，喷水的水头越高，冒砂越强烈。
但对建筑物的严重破坏和砂层因渗流而变松，往往局限于喷水口的局部地段。
砂土液化是地基基础震害的重要原因之一,常常会引起地基的不均匀沉降及结构的破坏,造成经济财产损失和人员伤亡。
近几年,由于国民经济的飞速发展,推动了各地工程建筑物的建设,如:工业和民用建筑、公路桥梁、隧道等,经常遇到各类工程地质问题,砂土液化便是其中之一。
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表 2 均压固结下松砂的液化强度 Table 2 L iquefaction strength of loose sand under isotrop-
ic con sol ida tion
单位: kPa
频率 f Hz
12 次
围压 100
30 次
0105
2416
1910
0110
2816
2110
1. 00
相对密实度为 70% 的饱和密砂, 在破坏振次分 别为 12 和 30 次、振动频率分别为 0105、0110、1100 H z, 以及在不同围压条件下均压固结的液化强度实 验结果如表 1 所示; 相对密实度为 28% 的饱和松砂, 在100 kPa 围压下的实验结果如表2 所示。表3 给出 了密砂和松砂在振动频率分别为 0105、0110 H z 时 的液化强度与振动频率为 1100 H z 时的液化强度相 比较的相对降低值。实验结果表明: 在相同破坏振次 条件下, 液化强度随振动频率的降低而降低, 密砂的 降低值最大可达 1612% , 最小为 311% ; 松砂的降低 值最大可达25% , 最小为1215%。同样破坏振次时,
620
防灾减灾工程学报
第 29 卷
相对而言, 振动频率对松砂液化强度的影响比对密 砂的影响更显著。
表 1 均压固结下密砂的液化强度 Table 1 L iquefaction strength of den se sand under isotrop-
ic con sol ida tion
单位: kPa
图 1 颗粒级配曲线 F ig. 1 T he cu rve of gra in com po sition
图 2 密砂的液化强度 Ρd 与破坏振次N f 关系 F ig. 2 T he rela tion betw een Ρd and N f of den se sand
注: 图例中数字, 前者为围压 kPa, 后者为振动频率 H z
H z 12 次 30 次 12 次 30 次 12 次 30 次 12 次 30 次
0105 1314 1110 1511 1612 515 515 2510 2018
0110 819 715 913 1014 314 311 1218 1215
1. 00 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0 0. 0
实验中, 控制砂土的相对密实度D r 分别为 28% 和 70% , 干密度Θd 分别为11520、11713 g cm 3。所有 实验均统一采用分层干法装样, 即将实验土料平均 分成三份, 装样时控制每一层试样的高度为总高度 的三分之一, 制备密实状态的试样过程中, 需轻轻地 敲击承膜筒, 以保证试样的均匀性和密实度。试样采 用通CO 2、无气水的联合饱和方式进行饱和, 饱和度 均达到 95% 以上。
of den se sand
单位: %
频率 Hz
振次N f = 12 次 Υd (°)
振次N f = 30 次 Υd (°)
0105
1015
1212
0110
716
1010
1100
0. 0
0. 0
21112 偏压固结条件 在固结比 K c= 115 的偏压固结条件下, 对饱和
密砂和松砂进行了围压为100 kPa、不同振动频率的 液化强度实验, 图 5 给出了液化强度与破坏振次的 关系。
Em a il: dl2guoying@ 163. com
第 6 期
郭 莹等: 振动频率对饱和砂土液化强度的影响
619
1 实验仪器、土料及实验方法
采 用“土 工 静 力2动 力 液 压 三 轴2扭 转 多 功 能 剪 切仪”进行常规动三轴实验。实验均采用实心圆柱 试样, 其直径 D = 6118 mm , 高 H = 150 mm。
第 29 卷第 6 期 2009 年 12 月
防灾减灾工程学报
Jou rna l of D isa ster P reven t ion and M it iga t ion Eng ineering
V o l. 29 N o. 6 D ec. 2009
振动频率对饱和砂土液化强度的影响Ξ
郭 莹, 贺 林
3218
2410
表 3 均压固结下液化强度的相对降低值 Table 3 The rela tive decrea se of l iquefaction strength of
den se sand under isotrop ic con sol ida tion 单位: %
密砂
松砂
频率 f
100 kPa 200 kPa 300 kPa 100 kPa
表 4 密砂的动强度指标 Table 4 D ynam ic indexes of den se sand
频率 Hz
振次N f = 12 次
Cd kPa
Υd (°)
振次N f = 30 次
Cd kPa
Υd (°)
0105
0
914
0
719
0110
0
917
0
811
1100
0
1015
0
910
表 5 密砂动强度指标Υd的相对降低值 Table 5 The rela tive decrea se of dynam ic strength index Υd
频率 f
围压 100
围压 200
围压 300
H z 12 次 30 次 12 次 30 次 12 次 30 次
0105 4018 3212 7615 6316 11719 9515
0110 4219 3315 8117 6810 12015 9810
1. 00 4711 3612 9011 7519 12417 10111
表 4 给出了均压条件下, 固定振次时密砂的动 强度指标C d 和 Υd 的数值; 表 5 给出了密砂动强度指 标 Υd 在振动频率分别为 0105、0110 H z 时与振动频 率为 1100 H z 时相比较的相对降低值。 由实验结果 可以看出: 内摩擦角Υd 随振动频率的降低而降低, 差 值最大可达 1212% , 最小为 716%。
上述针对砂土进行的研究结果表明, 振动频率 对砂土的动力特性特别是液化强度几乎没有影响。 但是笔者在有些工程实验中, 却发现不同振动频率 实际上对砂土的液化强度还是存在一定影响的, 有 时候甚至其影响程度不容忽视。本文采用“土工静力 2动力液压三轴2扭转多功能剪切仪”, 对饱和密砂 和松砂进行了多种固结条件下, 0105、0110、1. 00 H z 频率范围内的常规动三轴实验, 着重探讨了振动频 率对液化强度数值的影响程度, 并对实验结果进行 了定量分析。
注: 图例中的数字为围压 kPa
图 5 偏压固结条件下的 Ρd—N f 关系 F ig. 5 Ρd—N f under an iso trop ic con so lida tion
2 实验结果及分析
211 振动频率对饱和砂土液化强度的影响
21111 均压固结条件 对相对密实度为70% 的饱和密砂和相对密实度
为 28% 的松砂, 在均压固结条件下进行了振动频率
图 3 松砂的液化强度 Ρd 与破坏振次N f 关系 F ig. 3 T he rela tion betw een Ρd and N f of loo se sand
(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室、大连理工大学土木水利学院, 辽宁 大连 116024)
摘要: 采用“土工静力2动力液压三轴2扭转多功能剪切仪”对饱和砂土进行了一系列动三轴实验, 探讨了振动频率 对液化强度数值的影响程度。 在 110、115 固结比和 0105、0110、1100 H z 振动频率条件下, 针对相对密实度分别为 70%、28% 的密砂和松砂进行了100、200、300 kPa 围压和100 kPa 围压条件下的液化强度实验。实验结果表明, 饱和 密砂和松砂在各种固结条件下, 液化强度随着振动频率的增大而增大, 相同破坏振次时, 各种实验条件下的液化强 度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系; 振动频率由 0105 H z 变化到 1. 00 H z 时, 液化强度相差达 25% 以上; 动强度指标 Υd 值随振动频率的增大而增大, 最大相差 1212% ; 随着振动频率的增大, 砂土达到液化破坏 所需的时间明显缩短; 振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。
实验所用土料的主要物理性质指标: 最大和最 小 干密度分别为 Θdmax = 11884 g cm 3、Θdm in = 11413 g cm 3, 颗粒级配曲线如图1 所示。按照《建筑地基基 础设计规范》[7], 将实验土料定名为砂土。
为0105、0110、1100 H z 的液化强度实验。液化强度Ρd 与破坏振次N f 的关系如图2、图3 所示。由实验结果 可知: 在不同围压条件下, 饱和密砂和松砂的液化强 度均随着振动频率的增加而增加。 这与周海林和王 星华等 (文献[ 325 ]) 对洞庭湖区砂土进行的实验所 得出的在振动频率小于 10 H z 时振动频率对砂土液 化强度没有影响的结论有所不同, 但与潘林有等[8] 关于软粘土的动强度随振动频率的增加而增加的结 论相同。
关键词: 动三轴实验; 饱和砂土; 振动频率; 液化强度; 动强度指标 中图分类号: TU 441+ . 5 文献标识码: A 文章编号: 167222132 (2009) 0620618206
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通过室内单元实验确定饱和土体液化强度, 并 依据 Seed 方法进行土体的液化评价, 是目前得到广 泛应用的土体液化评价方法。 动三轴实验的试样制 备相对容易, 实验设备具有普遍性, 因此动三轴实验 是确定饱和土体液化强度的有效实验手段。 影响饱 和土体液化强度的因素有很多, 其中包括土体本身 的特性 (土的类型、密度、结构、级配、透水性等) 和初 始应力状态及动力荷载的特性 (振动荷载幅值、振动 频率等)。