振动荷载作用下饱和土孔隙水压力变化研究

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1、2008年11月地质灾害与环境保护

2、9l振动荷载作用下饱和土孔隙水压力变化研究赵杰。陈照亮2(1．山东省交通规划设计院济南25003l；2．中国海洋大学青岛266000)【摘要】通过现场测定振动荷栽作用下孔隙水压力的发展趋势，并通过室内土工试验测得土的主要物理力学性质指标，分别分析了不同质量和不同频率振动荷裁作用下，土体中孔隙水压力的变化规律。通过数值模拟得到孔隙水压力在振动时间和空间上的分布规律，并把计算结果与现场观测结果相比较，得到较好的吻合。【关键词】动孔隙水压力；振动荷栽；数值模拟【中图分类号】’rU413．7I文献标识码l

3、^U日U舌振动荷载作用下土体孔隙水压力升高，当孔隙水压力等于上覆有效压力时完全失去抗剪强度变为流态，称为液化。目前国内外在此方面的研究主要以试验为主。本文通过现场试验，测得在不同质量和不同频率振动荷载作用下土体中孔隙水压力的变化规律，并通过室内实验测得土样的土工参数，然后在此基础上进行数值模拟。l场地及实验过程本次现场试验位于山东省东营市陈庄镇，该地区为黄河三角洲沉积，属第四纪全新世新近沉积土，主要以粉质土为主，地下水位较浅，一般在10cm深度。孔隙水压力采集选用南京水利科学研究院研制的孔压采集仪。在现场选择一土质较为均匀的场地，用

4、洛阳铲在实验场地上凿一个直径为8咖左右的小洞，把孔隙水压力探头放入然后填上相同成分的土．把孔压探头填实。然后在孔压探头上放置一个直径30cm的圆铁盘，并在圆盘上放置厚约2咖的木片作为缓冲。用不同重量的锤从离圆盘柏cm高处按不同频率捶击圆盘，同时测量圆盘下孔隙水压力的值。锤的重量分别为3．1kg、6．75kg、13．50kg，下落周期分别为5s、108、15s和30s。实验结束后取圆盘下方lm深土样，用做室内一分析试验。其基本参数如表l所示。表l土的主要物理力学性质指标表含水率密度(％)湿干孔隙比饱和度液限甥限甥怍(％)指数(∥册3)

5、(∥cm3)pop．1eSrWI．WPIP30．71．91．450．8359r728．618．79．92实验结果2．1不同周期下振动孔隙水压力的比较图1分别为3．1kg、6．75kg和13．5kg的锤在不同周期振动作用下的孔隙水压力的历时曲线，可以看到土体的孔隙水压力在振动初期都是随着振动次数的增加而增大。但是振动周期大小不同，孔隙水压力升高的程度不同。理论上，在同一条件下锤的质量越大，产生的孔隙水压力也越大，从图l中可以看出质量为13．5kg的锤对土体作用所产生的孔隙水压力最大，与理论是一致的；质量为3．Ikg的锤所产生的孔隙水压

6、力在振动初期(振动18次前)总是比质量为6．75kg的锤所产生的孔隙水压力大，但随着振动次数的增加逐渐的比后者小．两者出现交叉上升的现象，这一点与理论上是有区别的。一一2．2不同质量锤振动孔隙水压力的比较图2中分别为30s、15s、lOs和5s的振动周期下，锤对土体作用产生的孔隙水压力变化曲线。』92赵杰、陈照亮：振动荷载作用下饱和土孔隙水压力变化研究5s孔隙水压力一振次关系曲线；：多一10，孔隙水压力一振次关系曲线155孔麒水压力一扭次关系曲线30·孔穗术压力一振次关系曲线圈I不同周期孔隙水压力一缸次关系曲线圈在相同振动次数下，周

7、期为5s时，土体的孔隙水压力升高的最大，振动周期为10s的孔隙水压力升高程度次之，振动周期为15s的再次之，振动周期为30s的孔隙水压力升高的幅度最小。从图2可以看出振动周期为5s的孔隙水压力与其它周期的孔隙水压力的差值比其它周期之间的孔隙水压力之差明显大的多。这说明振动周期就小，振动孔隙水压力的值越大，并且随着振动周期的减小，孔隙水压力升高的幅度也越大。这主要县由于振动周期越大，孔隙水压力消散的时间就走兜长，有利于孑L压的减小。对于13．5kg的锤，孔隙水压力幅度的变化有所改变，有相互交叉的现象。图中还可以看到周期为5s的孔隙水压

8、力在振动后期随着振动次数的增加不再升高。这主要是当振动周期减小到一定程度时，土体的荷载类型近似于静力荷载，振动初期，孑L压不断累积，当孑L压累积到一定程度时，继续振动就不会引起孔隙水压力的升高，此时孑L压开始消散。因此在一定范围内孔隙水压力升高的幅度随着振动周期的减小而增大。振动次数、、3．Ikg锤孔隙水压力一振次关系曲线妊动次擞N6．75kg锤孔隙水压力一振次关系由残—。妊动次数Ⅲ13．5kg锤孔隙水压力一振次关系曲线图2不同周期孔臆米压力．磊次关系曲线图2008年11月地质灾害与环境保护

9、93从图2可以看出质量为3．1k只的锤所

10、产生的孔隙水压力不是一直随着振动次数的增加而增大的，而是在振动初期卜．升，振动后期则减小；即使在振动初期孔隙水压力上升，但是这种上升的幅度比较小。锤的质量较小，产生的压力相应的较小，此时土体以弹性变形为主，塑性变形几乎为O，锤对土体的