砂土地震液化大变形试验研究进展研究.pdf

砂土地震液化大变形试验研究进展 孙恒矗1周小文1何元瑭2解宏选2 (1华南理工大学建筑学院广东广州510640； 2广东省航运规划设计院广东广州510000) 摘要 本文阐述砂土地震液化大变形的试验研究方法及研究现状，对液化大变形的微观机理及本构模 型进行总结分析，并提出了需要进一步深入研究的方向。 关键词 砂土液化；大变形；微观机理：试验；本构模型 0前言 砂土液化大变形是指砂土在地震作用下由于液化导致其抗剪强度丧失而发生大变形的现象。 约40年前，Seed[11等就注意到地震导致的砂土液化会引起地基产生大的水平向永久变形的现象， 并指出这种变形会对各种堤坝以及与其相邻的结构及地下结构产生巨大的破坏。1986年日本学者 害进行了广泛的调查。他们的调查显示，在地表倾斜以及靠近河岸海岸的场地中由于有驱动剪应 力存在，在地震导致砂土地基发生液化后，地基会产生大的水平向永久变形。以下仅列举三个典 型地震的液化后大变形的实例： 面发生大位移，最大位移达12．71m，大量挡墙及生命线工程遭到严重破坏。 十多条顺岸向的地裂缝，最大缝宽50cm，最大深度1．4m。紧靠上游挡土墙后的混凝土路面，也 出现两条大裂缝，宽20cm，深达1．2～1．5m。上游侧挡土墙连同其上的砖砌围墙与码头上的砖砌 围墙连同码头上围墙断开后，向河侧滑动，错开约1．2m。码头的基桩向河心方向倾斜，导致码头 向河心滑移。 (3)1995年日本阪神大地震，神户港遭到毁灭性破坏，液化时砂土侧向流动，使沉箱向海中 沉陷，造成岸边护堤向海里滑移，堤岸产生多道裂缝，最深达3m，严重处货场被水淹没，吊车 歪斜，无法工作。神户港的港口码头和挡墙岸壁大多采用重力式沉箱结构，震后调查表明，沉箱 岸壁顶部水平残余位移为2～5m，墙后100m范围内均有不同程度的侧移。 这一问题进行了较深入的研究。砂土液化大变形研究内容丰富，手段多样。尽管如此，由于问题 的复杂性和变异性，关于液化大变形机理的认识仍然不确切，定量估算的方法也是很初步和经验 性的。因此，尚有诸多理论上的问题需要深入研究。本文仅针对砂土液化大变形的试验研究现状 进行一个简要的概括和总结，并指出在试验方面需要进一步研究的问题。 -—-——337·--—— 1砂土液化及大变形试验研究 室内进行砂土液化试验的仪器常用的有动扭剪仪、动三轴仪和动单剪仪三种，这三种仪器只 能进行土单元的试验。近年来，振动台(19重力场)和离心机振动台在进行砂土液化方面也取得 了一定的进展。 1．1动扭剪试验 比、液化势等为控制指标的扭剪试验，发现单调荷载作用下砂土应力应变曲线明显受到这些控 制指标的影响。结果表明，液化后的应力应变曲线可以近似分成两段：第一段对应的应变范围 较大，可达20％，此范围砂的强度极低，模量只有液化前静加载的1‰左右，此段孔隙水压力 有微小的下降；随着剪应变的增大，应力由低平开始向右上方发展，在应变增量较小的情况下 砂的模量得到快速的增长。这一特殊的应力应变关系与传统的认为模量随应变增加而降低的观 点不同。 对余震、对变形及残余强度等的影响，研究发现，静加载时另一个方向上的动加载可引起更大的 变形、更小的残余强度。Shamoto【5】采用空心圆筒样对该问题进行过较多研究。 张建民【6】用特制的循环扭剪三轴仪对饱水砂土液化后静扭剪时的剪切吸水效应进行过研究。 结果表明：①液化后“排水”剪切过程中饱和砂样总是呈现出吸水剪胀而不是排水剪缩的特性： ②饱和砂样液化后因剪胀产生的体变和剪应变之间的关系近乎是线性的，其比值决定于试样的相 对密实度，随着相对密实度的增大剪胀率亦增大。 周云东171采用振动扭剪全自动多功能三轴仪对饱水砂土液化后的变形特性及其影响因素进行 了研究，认为：①试样的相对密度越小，液化后试样的低强度段长度越长，强度恢复段的斜率越 小；②相对密实度相同的砂，固结压力越高试样的低强度段应变量值越大，而不同固结压力试样 的强度恢复段却大致相互平行；③液化后变形沿整个液化层均匀分布。 1．2动三轴试验 砂总是表现出膨胀的特性，模量随着应变的增加而增长。 么印凡【91等研究者指出饱和砂土的再固结变形与此前振动引起的土体结构破坏程度有着直接 的联系，土性、相对