饱和砂砾料液化特性的试验研究

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1、饱和砂砾料液化特性的试验研究*******科学研究院岩土工程研究所)摘要：本文通过大型动三轴往返加荷试验(试样尺寸30×75cm)，研究了不同含砾量35%、50%、65%、80%和不同排水条件对饱和砂砾料液化特性的影响。研究结果表明，在不排水条件下，以初始液化作为破坏标准，含砾量不同对饱和砂砾料的抗液化强度影响不大；而在排水条件下，饱和砂砾料的抗液化能力则随着含砾量的增大而提高。排水条件下饱和砂砾料的动强度比不排水条件下的要高得多，而变形则明显小于不排水条件下的变形。关键词：饱和砂砾料；液化；含砾量；排水条件　　我国已建的土石坝中，有不少是用砂砾料或部分用砂砾

2、料填筑的。另外，土石坝坝基中也常含有相当厚的砂砾石层或砂砾石夹砂层。在实际地震时，由于饱和砂砾料的液化导致土石坝砂砾料坝坡发生滑动破坏的情况并不少见，如1975年海城地震时石门水库心墙土石坝上游砂砾料坝壳水下部分和1976年唐山地震时密云水库白河主坝粘土斜墙上游砂砾料保护层都发生了大规模液化流滑现象，促使人们对饱和砂砾料振动液化问题研究的重视。八十年代初，刘令瑶等(1982)[1]和汪闻韶等(1986)[2]曾通过室内圆筒振动试验和中型振动三轴仪试验(试样尺寸10×23cm)对饱和砂砾料的振动液化特性进行了研究，得出一些有工程实用意义的结论。本文通过大型往返加

3、荷三轴试验(试样尺寸30×75cm)，进一步研究了不同含砾量(P5=35%、50%、65%、80%)和不同排水条件对饱和砂砾料振动液化特性的影响，所得结果对土石坝的抗震设计有重要的参考价值。1试验土料与试验仪器　　试验土料采用瀑布沟坝基覆盖层砂砾料，其颗粒级配如图1和表1所示。用P5(>5mm的颗粒含量)或P2(>2mm的颗粒含量)来表示含砾量。这些级配曲线的一些特征粒径值、不均匀系数Cu、曲率系数Cc和土的分类如表2所示。根据《土的分类标准》[3]级配②③④均定名为级配不良砾(GP)，级配①定名为级配不良砂(SP)，且都缺乏1～5mm的中间粒径。下文中，将级

4、配②③④称为砾类砂砾料，级配①称为砂类砂砾料。图1试验土料颗粒级配曲线　　试验时，采用相同的相对密度Dr(为0.51～0.54)和最大粒径dmax＝60mm，制样干密度ρd如表3所示，表中的最大干密度ρdmax和最小干密度ρdmin系根据文献[4]规定的方法确定的。有效围压力σ′3采用200kPa，固结比Kc采用1.0。表1试验土料的级配(土粒直径以mm计)级配编号含砾量P5(%)含砾量P2(%)颗粒组成(%)<60<40<20<10<5<2<1<0.5<0.1①②③④3550658038.252.566.7 81.0100 100 100100 93.1 

5、90.2 87.2 84.284.2 77.470.663.8 73.9  62.851.640.465.0 50.035.020.061.8 47.533.319.0  56.7  43.630.517.545.434.924.414.03.22.51.71.0表2试验级配的特征粒径值及土的分类级配编含砾量P5(%)含砾量P2(%)d50/mmd60/mmd30/mmd10/mmCuCc土样分类①②③④35506580 38.2  52.5 66.781.00.665.09.4 13.31.618.713.718.00.28 0.400.957.00.1

6、30.150.180.3212.4 58.0 76.1  56.2 0.37 0.120.378.51SPGPGPGP表3试样控制干密度级配编号含砾量P5(%)ρdmax/(g·cm-3)ρdmin/(g·cm-3)ρd/(g·cm-3)Dr①②③④355065802.1552.2252.3152.1471.8501.9552.0011.9652.00 2.092.152.060.530.53  0.510.54　　本文试验均是在大型动三轴试验机上进行的，试样直径为30cm，高为75cm.试验方法为：干法制样，采用抽气饱和法使试样饱和，然后施加初始应力使其固结

7、稳定，再在不排水条件或排水条件下施加动应力σd，通过适当的传感器和数据采集系统测记动应力、动孔压和动变形过程线。2试验结果与分析2.1含砾量对试样密度的影响根据表3中的数据，可得到试验土料的最大干密度ρdmax和最小干密度ρdmin与含砾量P5之间的关系，如图2所示。可以看出，最大干密度和最小干密度在含砾量约为65%时达到最大值，说明砾石颗粒在这个砾石含量下可能形成稳定的骨架，细颗粒基本上充填了砾石骨架的空隙；当含砾量小于65%左右时，最大和最小干密度随着含砾量的增多而增大，说明含砾量大约在0～65%之间，砾石颗粒随含砾量的增多，由漂浮在细颗粒中到逐步形成稳定

8、的骨架；当含砾量大于65%左右时，随着