含砾砂土与含橡胶砂土的振动液化特性研究

论文摘要

地震砂土液化可引发土体地表下沉、地表塌陷、地基承载力下降等严重次生灾害。含砾砂土因其颗粒级配中含有较粗砾石,比纯砂具有更好的抗液化性能;而由废旧橡胶颗粒与砂粒组成的混合土具有动弹性模量低、弹性变形能力强等优点,可起到减震消能作用。对含砾砂土及含橡胶砂土在地震、交通等动荷载作用下的动力响应进行系统的试验研究和理论分析,探讨各种因素对两种砂土抗液化性能的影响,既可以促进废弃橡胶的环保可持续处理,又可以寻求改良砂土动力特性的方法。本文以室内重塑的含砾砂土和含橡胶砂土为研究对象,利用动三轴试验系统,研究地震荷载作用下两种砂土的动力特性,并利用颗粒流软件对室内液化试验进行数值模拟研究,主要得到以下结论:(1)基于室内动三轴试验的饱和含砾砂土液化特性研究表明,含砾量对含砾砂土的液化特性有显著影响,含砾砂土的抗液化强度随着含砾量的增大呈现非线性增长。细砾料的掺入使土体的排渗条件得到改善,促进了超静孔压的消散,提高了纯砂的动强度。动剪应力水平及土体初始应力状态是决定含砾砂土动力特性的关键因素,对于同一含砾量水平的含砾砂土试样,动剪应力值越大,动孔压上升越快,动应变的发展也越快。振动频率越低,动孔压累积越快,发生液化破坏的振次越小。进行相同动剪应力比水平下相位差180度的双向循环加载试验,与单向循环激振试验的结果对比发现,含砾砂土在双向循环加载情况下更难发生液化。含砾砂土双向循环试验的动强度较单向循环试验最高增加了30%,但随着破坏振次的增大,单、双向循环加载试验得到的动强度的差异逐渐减小。(2)利用GDS动三轴仪对含橡胶砂土进行模拟地震应力作用的不排水循环剪切试验,试验结果表明,橡胶颗粒含量对混合砂的液化特性影响显著,含橡胶砂土的抗液化强度随着橡胶含量的增大而非线性降低。当橡胶颗粒含量相同时,动剪应力水平越高,动孔压的发展越迅速,混合土试样产生的轴向应变越大。橡胶颗粒的掺入降低了砂土的抗液化性能,并使混合砂的抗剪刚度降低,但也改善了土体的弹性变形能力,不同橡胶颗粒含量下含橡胶砂土的滞回曲线都较为规则,双幅轴向应变发展基本对称。橡胶颗粒粒径、橡胶颗粒与骨架砂粒径之比对混合砂的动力特性影响显著,对于同一种骨架砂,掺入橡胶颗粒的粒径越小,混合砂的抗液化强度降低幅度越大;当骨架砂与橡胶颗粒的粒径比值为1时,橡胶颗粒粒径越大,混合砂的抗液化强度越高。同一动剪应力比水平下,单、双向循环加载下的孔压、应变发展明显不同,不能看做等效。(3)利用颗粒流软件对含砾砂土和含橡胶砂土的室内循环加载试验进行宏、微观数值模拟,数值试验的宏观力学性质与室内试验结论一致,含砾量越大,含砾砂土的抗液化强度越高;橡胶颗粒有效改善了砂土的弹性变形性能,橡胶含量越大,等应变幅循环加载下混合砂的动偏应力峰值越小。通过监测试样内部的细观组构变化发现,循环剪切应变使稳定的砂土骨架结构逐渐破坏,引发砂土颗粒的错动重排,试样的配位数与孔隙率随着剪缩与剪胀的交替作用出现循环激荡变化,颗粒间接触逐渐脱离,孔隙水开始承担应力传递,使得平均配位数不断减小,试样发生液化后,配位数谷底值降至零。试样各处的孔隙率都呈现先增加再降低的趋势,在初始液化前孔隙率有所上升,初始液化后孔隙率下降并渐趋稳定。试样的孔隙不均匀程度在初始液化前有所升高,液化稳定后稳定在一个较高值。不排水循环剪切下砂土剪胀与剪缩引起试样内部各区域强力链的断裂与重排,总体上看颗粒间接触力随循环振次的增加而逐渐减少。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 变量注释表
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状综述
•   1.3 目前研究存在的问题
•   1.4 研究内容和技术路线
•   1.5 本文的创新点
• 2 含砾砂土的液化特性试验研究
•   2.1 引言
•   2.2 试验仪器介绍
•   2.3 试验方案设计
•   2.4 试验结果分析
•   2.5 本章小结
• 3 含橡胶砂土的液化特性试验研究
•   3.1 引言
•   3.2 试验方案设计
•   3.3 试验结果分析
•   3.4 本章小结
• 4 砂土液化的颗粒流数值模拟研究
•   4.1 引言
•   4.2 颗粒流方法的基本理论
•   4.3 数值试验流程
•   4.4 含砾砂土液化的模拟结果分析
•   4.5 含橡胶砂土液化的模拟结果分析
•   4.6 砂土液化的细观组构演化
•   4.7 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜印熙

导师: 崔振东,杨天亮

关键词: 动力特性,含砾砂土,含橡胶砂土,砂土液化,地震荷载

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家重点研发计划(2017YFC500702)

分类号: TU43

总页数: 121

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