饱和砂土液化应变发展过程的研究

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1、饱和砂土液化应变发展过程的研究摘要：通过动三轴试验，研究了洞庭湖区饱和砂土液化过程中轴向应变的发展规律，根据应力-应变滞回环随振动次数的变化，将液化过程划分为4个阶段，并将轴向应变与砂土的应力路径、孔隙水压力的变化相联系，研究表明：砂土的应变与应力状态紧密相关.据此，观测轴向弹性模量随应变的发展而逐步衰化的过程，有助于进一步了解砂土液化的过程.关键词：砂土液化应变弹性模量过去人们对砂土液化的研究多集中于孔隙水压力、砂土液化强度上[1-4]，在这些方面取得了许多可喜的研究成果.但是，对于砂土液化的破坏过程中的一个重要的现象即

2、饱和砂土会发生大的变形则研究得不多.通过研究饱和砂土的应变变化过程，可以进一步了解砂土液化的全过程，从而对饱和砂土液化机理有更深的认识.笔者通过动三轴实验，对洞庭湖区砂土液化过程进行了分析研究.1液化实验实验采用北京新技术应用研究所研制的DDS-70微机控制动三轴仪，该仪器可以适时监视实验过程，并记录储存实验过程中轴向力、应变和孔隙压力，因而可以对砂土的液化过程进行分析研究.实验所用砂样来自洞庭湖区，制备后进行饱和固结不排水实验，其主要参数如表1、表2.表1砂土参数图1为典型的饱和砂土的孔压、轴向力与轴向应变的时程曲线(D

3、r=，σ3=σd=10kPa,kc=1).以下讨论没有特殊说明，均以该实验条件为准.应力-应变回滞环根据应力-应变回滞环不同将液化过程划分为四个阶段，相应的应力-应变回滞环变化如图2～图5所示.图1典型的试件液化实验曲线图0～15次振动轴向应力与轴向应变关系曲线图20～25次振动轴向应力与轴向应变关系曲线图25～30次振动轴向应力与轴向应变关系曲线图50～35次振动轴向应力与轴向应变关系曲线从图可以看出：(1)在振动开始阶段(图2)，迟滞环呈不规则椭圆形.在拉应力处于峰值附近时，轴向应变出现大的变化，由压应变峰值迅速达到拉

4、应变峰值，其他阶段的应变变化较缓，尤其是在压应力卸载与拉应力卸载阶段，轴向应变几乎不变，并且，振动次数之间的回滞环变化不大，可以认为，砂土还处于粘弹性阶段；(2)随着振动次数的增加，曲线出现变化，在20～25次振动过程中，回滞环形状发生了少许变化，应变的幅值变大，同时，相邻振次之间的回滞环差异逐步变大，说明出现了残余的塑性应变，砂土已进入粘塑性阶段；(3)随着振动次数的增加，应变的增幅大，在25～30次振动过程中，应变幅值由增加到，应变幅值增加值占整个液化过程应变增加的50%；回滞环的形状较初始阶段发生了明显的变化：(a)

5、回滞环不再是椭圆形，在轴向力为0处，应变出现了较大的突变，而在应力(包括压应力与拉应力)卸载时的应变绝对值并不减少，表现为基本维持不变或略有上升；(b)在拉、压加荷阶段，应力-应变曲线基本相互平行，说明两者的弹性模量相同；(c)接近拉、压应力峰值阶段的应变也会出现相对较大的变化.在以上的现象中，试件在轴向卸荷的状态下轴向应变并有减少，这可能是由于两个原因，首先，是砂土中阻尼力的影响，使得应力与应变的相位并不一致，其次，在动力作用下，砂土发生塑性变形，该变形在荷载减少时并不恢复，当反向作用力大到能克服砂土颗粒间的摩阻力时，应

6、变才开始向反方向发展.(4)当振动次数达到30～35次时，应力应变回滞环形状基本上与振动25～30次的形状保持不变，而应变幅值继续增加直至达到破坏，在轴向力为0附近，应变的剧烈变化，弹性模量小，说明砂土在高应变处结构并不稳定，当遇到反向荷载时，砂土的结构即发生剧烈的调整，在低应变处，结构调整逐渐稳定下来，表现为其弹性模量的增大.应力路径与轴向应变液化过程中饱和砂土的轴向应变与砂土的应力状态紧密相关，所以通过研究砂土液化的应力路径可以了解饱和砂土轴向应变的发展过程.图6～图8给出了饱和砂土液化过程中应力路径的变化，图中在绘制

7、应力路径时，发现在振动实验中，当孔隙水压增大到一定的程度，且轴向力为拉时，按照以往规定，σ′=σd+σ3-u(2)计算时，有效应力会在一段时间内出现负值，即：u>σd+σ3.研究表明，当有效应力是拉应力时，一部分拉应力可以被饱和砂土的阻尼力所抵消.同时，由于砂土处于该阶段的时间很短，在动力作用下的孔隙水压力对有效应力的影响是否符合式(2)，是否还值得考虑；研究认为，为简便起见，在式(2)中求解有效正应力的孔压可取此时残余孔隙水压的一个折减值，则式(2)应改写为：σ′=σd+σ3-αug,ug为振动积累的残余孔隙水压力，其值

8、可以取本次循环振动，轴向动应力为0时的孔隙水压力；α为土性参数，其值的大小还需进一步研究，本文取为1.对于围压作用产生的有效应力，还是取为：σ′=σ3-u.在振动过程中，砂土可能由于孔隙水压增大，处于瞬态的破坏状态，由于该阶段的时间持续很短，并不能使砂土出现破坏，但研究确实发现在这一阶段的应变变化相当大