動(dòng)荷載作用下杭州粉土動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

黃玲琳　朱惠良

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州　310032；　2.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心浙江總隊(duì)，浙江 杭州　310022)

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動(dòng)荷載作用下杭州粉土動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究

黃玲琳1朱惠良2

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 杭州310032；2.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心浙江總隊(duì)，浙江 杭州310022)

通過對(duì)杭州粉土進(jìn)行固結(jié)不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究圍壓和固結(jié)比在動(dòng)荷載作用下對(duì)杭州粉土動(dòng)強(qiáng)度的影響，總結(jié)了不同固結(jié)比、不同圍壓的條件下，杭州粉土動(dòng)強(qiáng)度的變化規(guī)律。

動(dòng)荷載，粉土，動(dòng)強(qiáng)度

0　引言

地震等動(dòng)荷載會(huì)引起的砂土液化早已明確，但飽和粉土層在動(dòng)荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生液化，國(guó)內(nèi)外的一些大地震都已證明。例如：1975年海城大地震、1976年中國(guó)唐山地震、土耳其的Kocaeli地震等都出現(xiàn)了大量的粉土地基液化。

國(guó)外學(xué)者Prakash等[1]研究了地震作用下低塑性粉土的液化問題；Ishihara[2]的研究表明塑性指數(shù)的大小直接影響粉土液化的強(qiáng)度；國(guó)內(nèi)學(xué)者王建華等[3]提出了粉土在隨機(jī)地震荷載作用下液化的判定方法；趙慧在文獻(xiàn)[4]中研究了云南粉土在不同破壞標(biāo)準(zhǔn)條件下的孔壓上升模型以及動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系；張偉[5]通過不同頻率的循環(huán)荷載來模擬不同的地震作用，研究了山西粉土在不同頻率動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力特性。但關(guān)于動(dòng)荷載作用下杭州粉土的動(dòng)強(qiáng)度的研究相對(duì)比較少，因此，本文選用杭州粉土，對(duì)不同圍壓、不同固結(jié)比和不同振動(dòng)頻率動(dòng)荷載作用下的粉土試樣進(jìn)行了固結(jié)不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究分析杭州粉土在這些不同動(dòng)應(yīng)力條件下的變化規(guī)律。

1　試驗(yàn)概況

本研究采集杭州典型區(qū)段典型粉土進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，土樣的顆粒組成：土的粒徑d<0.002 mm，d=0.002 mm～0.05 mm，d=0.05 mm～0.074 mm，d=0.074 mm～2 mm的土粒百分含量(%)分別為：2.78，37.21，13.70，46.31；土樣的物理性指標(biāo)見表1，試樣為39.1 mm×80 mm的圓柱體。

表1　土樣物理性指標(biāo)

動(dòng)三軸試驗(yàn)固結(jié)比分別選定為1.0，1.5和2.0；周圍壓力逐級(jí)設(shè)定為100 kPa，150 kPa和200 kPa；動(dòng)荷載選用正弦波波形，振動(dòng)頻率分別選擇0.5 Hz，1.0 Hz和2.0 Hz，進(jìn)行粉土的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)。試樣選用動(dòng)應(yīng)變達(dá)到5%作為動(dòng)態(tài)破壞標(biāo)準(zhǔn)。

2　粉土動(dòng)強(qiáng)度的影響因素分析

2.1不同頻率動(dòng)荷載對(duì)粉土動(dòng)強(qiáng)度的影響

在圍壓100 kPa時(shí)粉土試樣分別在三種不同固結(jié)比條件下，不同振動(dòng)頻率動(dòng)荷載作用下的動(dòng)強(qiáng)度曲線如圖1～圖3所示。

由圖1可知，當(dāng)σ3=100 kPa，Kc=1.0時(shí)，在f≤1.5 Hz時(shí)動(dòng)強(qiáng)度隨著頻率的增大而增大，但當(dāng)f=2.0 Hz時(shí)強(qiáng)度反而比f=1.0 Hz時(shí)有所下降。也就是當(dāng)振動(dòng)頻率小于1.5 Hz時(shí)，粉土的動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨著頻率的增大而得到提高，當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到2.0 Hz時(shí)，粉土的動(dòng)強(qiáng)度反而小于振動(dòng)頻率為1.5 Hz時(shí)動(dòng)強(qiáng)度。出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是由于在f=2.0 Hz時(shí)，粉土的滲透系數(shù)比較小，動(dòng)孔壓不易消散和轉(zhuǎn)移，孔壓急劇上升，會(huì)減小土樣內(nèi)的有效應(yīng)力水平，引起土樣動(dòng)強(qiáng)度降低。由圖2，圖3可以看到，當(dāng)固結(jié)比變化時(shí)，振動(dòng)頻率對(duì)土樣動(dòng)強(qiáng)度的影響程度有所改變，當(dāng)固結(jié)比逐漸從1變到1.5和2.0后，頻率對(duì)土樣動(dòng)強(qiáng)度的影響就會(huì)越來越小，在Kc=2.0時(shí)已經(jīng)可以不考慮荷載頻率變化對(duì)動(dòng)強(qiáng)度的影響。

2.2不同固結(jié)比對(duì)粉土動(dòng)強(qiáng)度影響

從圖4～圖6可以看出，當(dāng)振動(dòng)頻率和圍壓相同時(shí)，土樣的固結(jié)比越大，土的動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)隨之提高。這是因?yàn)楣探Y(jié)比越高，土顆粒間的空隙被壓縮的程度越高，使得土顆粒連接更加緊密，這種連接力需要更高的孔壓才能破壞，因此土樣的動(dòng)強(qiáng)度就越高。

2.3不同圍壓對(duì)粉土動(dòng)強(qiáng)度的影響

作用在土樣的圍壓不同時(shí)，粉土的動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨圍壓的增長(zhǎng)而增大，如圖7～圖9所示。

圖7～圖9顯示，圍壓變化對(duì)土樣動(dòng)強(qiáng)度的影響非常明顯，在振動(dòng)頻率f=1.0 Hz的條件下，不同固結(jié)比的土樣動(dòng)強(qiáng)度都會(huì)隨著圍壓的變大而顯著提高，也就是土樣所受到的約束應(yīng)力條件越強(qiáng)，土樣受到的變形約束也就越大，土體被壓縮緊密，因此動(dòng)強(qiáng)度就越強(qiáng)。

3　結(jié)語

總結(jié)本研究的粉土動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：在振動(dòng)頻率f≤1.5 Hz的動(dòng)荷載作用下，粉土的動(dòng)強(qiáng)度會(huì)隨著頻率的增大而增大，而當(dāng)f=2.0 Hz的動(dòng)荷載作用下，動(dòng)強(qiáng)度反而比f=1.0 Hz時(shí)有所下降；隨著固結(jié)比的增大，荷載振動(dòng)頻率對(duì)土樣的動(dòng)強(qiáng)度影響越來越小，Kc=2.0時(shí)動(dòng)荷載的振動(dòng)頻率對(duì)土樣的動(dòng)強(qiáng)度影響最??；固結(jié)比的變化對(duì)土樣的動(dòng)強(qiáng)度有影響，但和振動(dòng)頻率一樣對(duì)土樣動(dòng)強(qiáng)度的影響較小，而圍壓對(duì)土樣動(dòng)強(qiáng)度的影響顯著，當(dāng)圍壓變大時(shí)，粉土試樣的動(dòng)強(qiáng)度會(huì)明顯升高。

[1]Guo T，Prakash S．Liquefaction of silts and silt-clay mixtures[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1999，125(8)：706-710.

[2]Ishihara K，Okusa S，Oyagi N，et al．Liquefaction-induced flow slide in the collapsible loess deposit in soviet Tajik[J]．Soils and Foundations，1990，30(4)：73-89.

[3]王建華，揚(yáng)進(jìn)良，王成春.隨機(jī)地震荷載作用下飽和粉土的液化特性[J].巖土力學(xué)，1997(18)：1-6.

[4]趙慧.循環(huán)荷載作用下粉土的破壞標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)力特性的試驗(yàn)研究[D].南京：河海大學(xué)，2006.

[5]張偉.粉土在不同頻率循環(huán)荷載作用下的動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[D].南京：河海大學(xué)，2008.

Study on dynamic strength of silt under dynamic load in Hangzhou

Huang Linglin1Zhu Huiliang2

(1.CollegeofArchitecturalandCivilEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310032，China; 2.ZhejiangGeneralOfficeofChinaBuildingMaterialsIndustryGeologicalProspectingCenter，Hangzhou310022，China)

Through to Hangzhou silt consolidated undrained dynamic triaxial test of confining pressure and consolidation ratio under dynamic load of Hangzhou silt dynamic strength, summarizes and analyzes the different consolidation ratios and the different confining pressure conditions, Hangzhou silt dynamic strength of variation.

dynamic load, silt, dynamic strength

1009-6825(2016)08-0083-02

2016-01-07

黃玲琳(1991- )，女，在讀碩士

TU432

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