振動荷載作用下飽和土孔隙水壓力變化研究

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1、2008年11月地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)

2、9l振動荷載作用下飽和土孔隙水壓力變化研究趙杰。陳照亮2(1．山東省交通規(guī)劃設(shè)計院濟(jì)南25003l；2．中國海洋大學(xué)青島266000)【摘要】通過現(xiàn)場測定振動荷栽作用下孔隙水壓力的發(fā)展趨勢，并通過室內(nèi)土工試驗測得土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，分別分析了不同質(zhì)量和不同頻率振動荷裁作用下，土體中孔隙水壓力的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬得到孔隙水壓力在振動時間和空間上的分布規(guī)律，并把計算結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果相比較，得到較好的吻合?！娟P(guān)鍵詞】動孔隙水壓力；振動荷栽；數(shù)值模擬【中圖分類號】’rU413．7I文獻(xiàn)標(biāo)識碼l

3、^U日U舌振動荷載作用下土體孔隙水壓力升高，當(dāng)孔隙水壓力等于上覆有效壓力時完全失去抗剪強度變?yōu)榱鲬B(tài)，稱為液化。目前國內(nèi)外在此方面的研究主要以試驗為主。本文通過現(xiàn)場試驗，測得在不同質(zhì)量和不同頻率振動荷載作用下土體中孔隙水壓力的變化規(guī)律，并通過室內(nèi)實驗測得土樣的土工參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值模擬。l場地及實驗過程本次現(xiàn)場試驗位于山東省東營市陳莊鎮(zhèn)，該地區(qū)為黃河三角洲沉積，屬第四紀(jì)全新世新近沉積土，主要以粉質(zhì)土為主，地下水位較淺，一般在10cm深度。孔隙水壓力采集選用南京水利科學(xué)研究院研制的孔壓采集儀。在現(xiàn)場選擇一土質(zhì)較為均勻的場地，用

4、洛陽鏟在實驗場地上鑿一個直徑為8咖左右的小洞，把孔隙水壓力探頭放入然后填上相同成分的土．把孔壓探頭填實。然后在孔壓探頭上放置一個直徑30cm的圓鐵盤，并在圓盤上放置厚約2咖的木片作為緩沖。用不同重量的錘從離圓盤柏cm高處按不同頻率捶擊圓盤，同時測量圓盤下孔隙水壓力的值。錘的重量分別為3．1kg、6．75kg、13．50kg，下落周期分別為5s、108、15s和30s。實驗結(jié)束后取圓盤下方lm深土樣，用做室內(nèi)一分析試驗。其基本參數(shù)如表l所示。表l土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表含水率密度(％)濕干孔隙比飽和度液限甥限甥怍(％)指數(shù)(∥冊3)

5、(∥cm3)pop．1eSrWI．WPIP30．71．91．450．8359r728．618．79．92實驗結(jié)果2．1不同周期下振動孔隙水壓力的比較圖1分別為3．1kg、6．75kg和13．5kg的錘在不同周期振動作用下的孔隙水壓力的歷時曲線，可以看到土體的孔隙水壓力在振動初期都是隨著振動次數(shù)的增加而增大。但是振動周期大小不同，孔隙水壓力升高的程度不同。理論上，在同一條件下錘的質(zhì)量越大，產(chǎn)生的孔隙水壓力也越大，從圖l中可以看出質(zhì)量為13．5kg的錘對土體作用所產(chǎn)生的孔隙水壓力最大，與理論是一致的；質(zhì)量為3．Ikg的錘所產(chǎn)生的孔隙水壓

6、力在振動初期(振動18次前)總是比質(zhì)量為6．75kg的錘所產(chǎn)生的孔隙水壓力大，但隨著振動次數(shù)的增加逐漸的比后者?。畠烧叱霈F(xiàn)交叉上升的現(xiàn)象，這一點與理論上是有區(qū)別的。一一2．2不同質(zhì)量錘振動孔隙水壓力的比較圖2中分別為30s、15s、lOs和5s的振動周期下，錘對土體作用產(chǎn)生的孔隙水壓力變化曲線?！?2趙杰、陳照亮：振動荷載作用下飽和土孔隙水壓力變化研究5s孔隙水壓力一振次關(guān)系曲線；：多一10，孔隙水壓力一振次關(guān)系曲線155孔麒水壓力一扭次關(guān)系曲線30·孔穗術(shù)壓力一振次關(guān)系曲線圈I不同周期孔隙水壓力一缸次關(guān)系曲線圈在相同振動次數(shù)下，周

7、期為5s時，土體的孔隙水壓力升高的最大，振動周期為10s的孔隙水壓力升高程度次之，振動周期為15s的再次之，振動周期為30s的孔隙水壓力升高的幅度最小。從圖2可以看出振動周期為5s的孔隙水壓力與其它周期的孔隙水壓力的差值比其它周期之間的孔隙水壓力之差明顯大的多。這說明振動周期就小，振動孔隙水壓力的值越大，并且隨著振動周期的減小，孔隙水壓力升高的幅度也越大。這主要縣由于振動周期越大，孔隙水壓力消散的時間就走兜長，有利于孑L壓的減小。對于13．5kg的錘，孔隙水壓力幅度的變化有所改變，有相互交叉的現(xiàn)象。圖中還可以看到周期為5s的孔隙水壓

8、力在振動后期隨著振動次數(shù)的增加不再升高。這主要是當(dāng)振動周期減小到一定程度時，土體的荷載類型近似于靜力荷載，振動初期，孑L壓不斷累積，當(dāng)孑L壓累積到一定程度時，繼續(xù)振動就不會引起孔隙水壓力的升高，此時孑L壓開始消散。因此在一定范圍內(nèi)孔隙水壓力升高的幅度隨著振動周期的減小而增大。振動次數(shù)、、3．Ikg錘孔隙水壓力一振次關(guān)系曲線妊動次擻N6．75kg錘孔隙水壓力一振次關(guān)系由殘—。妊動次數(shù)Ⅲ13．5kg錘孔隙水壓力一振次關(guān)系曲線圖2不同周期孔臆米壓力．磊次關(guān)系曲線圖2008年11月地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)

9、93從圖2可以看出質(zhì)量為3．1k只的錘所

10、產(chǎn)生的孔隙水壓力不是一直隨著振動次數(shù)的增加而增大的，而是在振動初期卜．升，振動后期則減??；即使在振動初期孔隙水壓力上升，但是這種上升的幅度比較小。錘的質(zhì)量較小，產(chǎn)生的壓力相應(yīng)的較小，此時土體以彈性變形為主，塑性變形幾乎為O，錘對土體的