陳丹丹 晏云濤 錢(qián)玉林 祝 捷

(1.揚(yáng)州大學(xué)建筑與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.中國(guó)建筑第八工程局有限公司,上海 200000)

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·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

不同細(xì)顆粒摻量對(duì)飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究★

陳丹丹1晏云濤1錢(qián)玉林1祝 捷2

(1.揚(yáng)州大學(xué)建筑與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.中國(guó)建筑第八工程局有限公司,上海 200000)

選取揚(yáng)州飽和砂土，通過(guò)摻入不同細(xì)顆粒含量，對(duì)其液化性質(zhì)進(jìn)行了研究，并利用動(dòng)三軸儀，分別探討了在不同細(xì)粒含量與不同固結(jié)比的情況下，摻細(xì)粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)，得出了一些有意義的結(jié)論。

飽和砂土，摻合量，動(dòng)強(qiáng)度

0 引言

液化是指飽和砂土在地震的短暫時(shí)間內(nèi)，孔隙水壓力驟然上升，并來(lái)不及消散，有效應(yīng)力降低至零，土體呈現(xiàn)出近乎液體的狀態(tài)，承載能力完全喪失。土，特別是飽和松散砂土，在地震、打樁、爆炸、機(jī)械振動(dòng)等引起的振動(dòng)力的作用下，均可引起土的振動(dòng)液化。本文從不同摻細(xì)粒方法探究了飽和砂土動(dòng)強(qiáng)度(液化)的特性。

劉雪珠等[1]通過(guò)對(duì)不同粘粒含量的南京粉細(xì)砂進(jìn)行液化試驗(yàn),結(jié)果顯示粘粒含量對(duì)南京粉細(xì)砂的抗液化強(qiáng)度影響很大，當(dāng)粘粒含量ρc=10%的時(shí)候，動(dòng)強(qiáng)度最低。曾長(zhǎng)女[2]利用動(dòng)三軸儀進(jìn)行了液化試驗(yàn)，研究細(xì)粒含量對(duì)動(dòng)強(qiáng)度的影響。粉土樣的粘粒含量變化為3%，6%，9%，12%，15%，粉粒含量變化為50%，60%，70%，80%。試驗(yàn)結(jié)果表明，不僅干密度影響動(dòng)強(qiáng)度，粘粒含量和粉粒含量變化對(duì)動(dòng)強(qiáng)度影響也較大。Georgiannou等[3]做了含高嶺土的粘土砂的三軸拉伸與壓縮試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，與純凈砂相比，含粘粒的砂土表現(xiàn)出了更加不穩(wěn)定的物理性狀。Puri[4，5]在粉土中加入少量粘土，采用該方法可以增加粉土的抗液化能力。Koester[6]研究了不同的粉粒含量對(duì)抗液化強(qiáng)度的影響分析，得出粉粒大于30%時(shí)動(dòng)剪應(yīng)力比大幅度增加。

本文對(duì)揚(yáng)州市邗江區(qū)槐泗鎮(zhèn)的土樣顆粒進(jìn)行了風(fēng)干、擊碎、過(guò)篩試驗(yàn)。利用動(dòng)三軸儀研究了以下幾個(gè)問(wèn)題：1)在固結(jié)比Kc=1的條件下，當(dāng)細(xì)粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的時(shí)候，摻細(xì)粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)；2)在Kc=1.5的條件下，當(dāng)細(xì)粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的時(shí)候，摻細(xì)粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。

1 儀器介紹和土樣制備

1.1 儀器介紹

本文選用揚(yáng)州大學(xué)DDS-70微機(jī)控制電磁式振動(dòng)三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)圖1)。動(dòng)三軸試驗(yàn)是室內(nèi)進(jìn)行土的動(dòng)態(tài)特性時(shí)較普遍采用的一種方法。該儀器由三軸室、激振器、電器控制柜、靜壓控制柜、微機(jī)系統(tǒng)等主要部分組成。

1.2 土樣制備

土樣取自揚(yáng)州市邗江區(qū)槐泗鎮(zhèn)。本次實(shí)驗(yàn)采用重塑土，按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定制樣，采用真空抽氣加水飽和，使飽和度Sr>95%，認(rèn)為土樣達(dá)到飽和。動(dòng)三軸試樣見(jiàn)圖2。

2 動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果及分析

本文研究在圍壓為100 kPa，150 kPa，200 kPa的條件下和固結(jié)比Kc=1與Kc=1.5的條件下，對(duì)細(xì)粒含量為21%，23%，25%，27%，29%這五種混合摻細(xì)粒的試樣進(jìn)行動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)液化標(biāo)準(zhǔn)采用應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)，即雙幅軸向應(yīng)變?yōu)?%時(shí)認(rèn)為土樣發(fā)生液化。在試樣達(dá)到初始液化標(biāo)準(zhǔn)后即停止動(dòng)荷載的施加，試驗(yàn)記錄也隨之停止。在每種圍壓下使用3個(gè)～4個(gè)土樣進(jìn)行試驗(yàn)，以τd=σd/2(σd為動(dòng)應(yīng)力幅值)為縱坐標(biāo)，以破壞循環(huán)振動(dòng)次數(shù)Nf的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)。繪制不同有效固結(jié)應(yīng)力下動(dòng)剪應(yīng)力和破壞循環(huán)振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系曲線，即土體液化強(qiáng)度破壞曲線。

1)Kc=1.0的條件下，混合摻細(xì)粒試樣的試驗(yàn)結(jié)果及分析。

由圖3～圖7可見(jiàn)：動(dòng)強(qiáng)度值隨著振幅周次的增加而不斷降低，呈現(xiàn)出不斷減小的趨勢(shì)。在固結(jié)比Kc=1.0的條件之下，對(duì)于細(xì)粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的混合摻細(xì)粒砂土試樣，其動(dòng)強(qiáng)度在細(xì)粒含量為21%和29%的時(shí)候最高。細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出單調(diào)遞減，細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出單調(diào)遞增。在細(xì)粒含量為25%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度處于最低值，呈現(xiàn)了倒置“拋物線”的趨勢(shì)。

如圖8所示，在三種不同的圍壓下，細(xì)粒含量在25%的時(shí)候砂土的動(dòng)剪應(yīng)力值均為最低。不同的細(xì)粒含量對(duì)飽和砂土動(dòng)強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響不一樣。當(dāng)細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)，砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越低。這是因?yàn)榧?xì)粒起到了“潤(rùn)滑”的作用，有利于液化現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)，砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越高。這是因?yàn)榧?xì)粒所起的作用是阻礙液化現(xiàn)象的發(fā)生。在相同細(xì)粒含量的基礎(chǔ)上，圍壓每增大50 kPa，動(dòng)強(qiáng)度大約增加10 kPa～15 kPa。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，動(dòng)強(qiáng)度隨圍壓的增大而增大，增大圍壓能夠提高飽和摻細(xì)粒砂土的動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)縱向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，在相同的圍壓下，當(dāng)細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)，土樣的動(dòng)強(qiáng)度下降約為5 kPa～10 kPa。當(dāng)細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)，土樣的動(dòng)強(qiáng)度上升約為5 kPa～10 kPa。

2)Kc=1.5的條件下，混合摻細(xì)粒試樣的試驗(yàn)結(jié)果及分析。

由圖9～圖13可見(jiàn)：動(dòng)剪應(yīng)力值隨著振幅周次的增加而不斷減小。在固結(jié)比Kc=1.5的條件之下，對(duì)于細(xì)粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的混合摻細(xì)粒砂土試樣，其動(dòng)強(qiáng)度在細(xì)粒含量為21%和29%的時(shí)候最高。在細(xì)粒含量為21%～25%時(shí)呈現(xiàn)出單調(diào)遞減，在相同圍壓與不同細(xì)粒含量的條件下，動(dòng)強(qiáng)度每次減少10 kPa～20 kPa。在細(xì)粒含量為25%～29%時(shí)呈現(xiàn)出單調(diào)遞增，在相同圍壓與不同細(xì)粒含量的條件下，動(dòng)強(qiáng)度每次增加10 kPa～20 kPa。在細(xì)粒含量為25%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度處于最低值。這就說(shuō)明不同的細(xì)粒含量對(duì)砂土動(dòng)強(qiáng)度所產(chǎn)生的影響不一樣，并且與固結(jié)比Kc=1的時(shí)候的趨勢(shì)保持一致。當(dāng)細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)，砂顆粒起到了主導(dǎo)作用，細(xì)粒主要“儲(chǔ)存”在砂顆粒之間的孔隙之內(nèi)，在循環(huán)荷載的作用之下，細(xì)粒發(fā)揮出“潤(rùn)滑”作用，降低了砂顆粒之間的摩擦力，所以導(dǎo)致砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越低。這是因?yàn)榧?xì)粒起到了潤(rùn)滑的作用，有利于液化現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)，砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越高。這是因?yàn)榧?xì)粒所起的作用是阻礙液化現(xiàn)象的發(fā)生。

3)Kc=1.0和Kc=1.5動(dòng)強(qiáng)度曲線圖進(jìn)行縱向?qū)Ρ确治觥?/p>

將Kc=1.0和Kc=1.5這兩種固結(jié)比之下的動(dòng)強(qiáng)度曲線圖進(jìn)行縱向?qū)Ρ?。可以得出結(jié)論，在相同細(xì)粒含量和相同圍壓的情況之下，當(dāng)固結(jié)比介于1.0與1.5之間的時(shí)候，隨著固結(jié)比的增加，砂土的動(dòng)強(qiáng)度也線性增加，增加的幅度大概為23%～26%。

3 結(jié)語(yǔ)

本文利用動(dòng)三軸儀研究了不同固結(jié)比情況下混合摻細(xì)粒飽和砂土動(dòng)強(qiáng)度的變化規(guī)律。通過(guò)以上的研究，得出了如下的結(jié)論：

1)在Kc=1.0的條件之下，對(duì)于混合摻細(xì)粒砂土試樣，其動(dòng)強(qiáng)度在細(xì)粒含量為21%和29%的時(shí)候最高。細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出單調(diào)遞減，細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度呈現(xiàn)出單調(diào)遞增，在細(xì)粒含量為25%時(shí)動(dòng)強(qiáng)度處于最低值，呈現(xiàn)了倒置“拋物線”趨勢(shì)。在相同細(xì)粒含量的基礎(chǔ)上，圍壓每增大50 kPa，動(dòng)強(qiáng)度大約增加10 kPa～15 kPa。

2)在Kc=1.5的條件下，與固結(jié)比Kc=1.0時(shí)的趨勢(shì)保持一致。當(dāng)細(xì)粒含量在21%～25%時(shí)，導(dǎo)致砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越低。當(dāng)細(xì)粒含量在25%～29%時(shí)，砂土的動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越高。

[1] 劉雪珠，陳國(guó)興.粘粒含量對(duì)南京粉細(xì)砂液化影響的試驗(yàn)研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2003,23(3):151-155.

[2] 曾長(zhǎng)女.細(xì)粒含量對(duì)粉土液化及液化后影響的試驗(yàn)研究[D].南京：河海大學(xué),2006.

[3] Gergiannou.V. N,Burland J B,Hight D W.The undrained behaviour of clayey sands in triaxial compression and extension[J].Geotechnique,1990,40(3):431-449.

[4] Puri.V.K.Liquefaction behavior and dynamic properties loessial(silty)soils[D].PhD thesis,University of Missouri-Rollo.Mo,1984.

[5] Puri.V.K.Liquefaction aspects of loessial soils[A].Proc. 4th U.S.Nat.Conf.On Earthquake Engineering Research Inst.,EI Cerito,Calif[C].1990:755-762.

[6] Koester,J.P.Effects of fines type and content on liquefaction potential of low-to-medium plasticity fine-grained soils[A].Proc-19th Nat.Earthquake Conf,Central United States Earthquake Consortium Memphis.Tennessee United States[C].1993:67-75.

Experimental’ study on the dynamic strength of saturated sand influenced by different mixing amount of fine particles★

Chen Dandan1Yan Yuntao1Qian Yulin1Zhu Jie2

(1.CollegeofCivilScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225000,China;2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivisionCorp.Ltd,Shanghai200000,China)

Selecting saturated sand in Yangzhou, through mixing different fine particles amount, the paper studies its liquefaction property, respectively explores dynamic strength changing trend of sand with fine particles under the condition of mixing different fine particle amount and different consolidation ratio by applying triaxial apparatus, and finally draws some meaningful conclusions.

saturated sand, mixing amount, dynamic strength

2016-03-20★：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：51278446)；青年基金(項(xiàng)目編號(hào)：50908198)

陳丹丹(1989- )，女，在讀碩士

1009-6825(2016)16-0059-03

TU411

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