新近沉积土动力特性试验研究(南京工业大学 陈国兴).ppt

土木工程学院院长,陈国兴教授2004年10月23日,新近沉积土动力特性试验研究,概要,研究背景试验仪器研究内容研究成果创新及成果应用,,研究背景,长江下游地区城市密集人口众多，经济发达，高层建筑,,过江隧道,大型桥梁及高速公路不断兴建,一旦发生地震，地震灾害将会很大,提高或改善各类工程的抗震性能是非常必要的,工程场地特性上覆土层较厚，且土质松软，属于抗震不利地段;下游地区新近沉积土属漫滩相,沉积零乱,成分复杂,尤其是粘性土与砂粉土交互沉积,具有典型性,,,,自研制行动三轴仪,自共振柱仪,,,,,,动力特性参数尚缺乏系统的研究,通过大量原状土样试验,,为重大工程场地地震安全性评价提供参数,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,试验仪器,试验仪器,自行研制的动三轴和自（共）振柱试验机,通过江苏省建设厅组织的鉴定性价比达到国内先进水平，部分关键技术处于国内领先水平。性能试验表明该试验机动态响应好,运行可靠,操作方便,试验结果与前人的结论一致,具有良好的精度。,试验仪器,动三轴仪技术指标最大动应力0.5MPa；振动频率0.0110周/秒；侧向压力0.45MPa；共自振柱仪技术指标轴向最大激振力20N；最大扭转力矩60Ncm;允许最大侧向压力450kPa;轴向频率范围0500Hz;扭转频率范围0150Hz剪应变及轴向应变范围510-6510-4,试验仪器,自行研制的动三轴和自（共）振试验机,,自共振柱试验机,计算机控制系统共用,动三轴试验机,研究内容,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能试验研究,主要研究成果一,新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比的试验研究,试样尺寸,试验土样,原状土样直径为3.91cm，高度为8.00cm,南京及周边15个城市、7类沉积土、275个原状土样,新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比特性,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,粉质粘土与粉砂互层土,粉质粘土与粉砂互层土,粉细砂,粉细砂,新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比特性,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,淤泥质粉质粘土,粘土,,,淤泥质粉质粘土,,,粘土,新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比特性,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,粉质粘土,粉土,,,粉质粘土,,,粉土,,,,,新近沉积土的动剪切模量比和阻尼比特性,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,粗砂,,,,,,,,,,,粗砂,,,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,采用Davidenkov模型对G/Gmax～γ关系的试验结果进行拟合,Davidenkov模型的函数关系式为,,长江中下游地区新近沉积土的G/Gmax～γ曲线的拟合参数A、B和γ0,新近沉积土动剪切模量比和阻尼比的试验研究,采用经验公式,,,长江下游地区新近沉积土的λmax的推荐值,,λmax为土的最大阻尼比；m为λ～γ关系曲线的形状系数,取m1.0,主要研究成果二,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,试验方法,试验土样,土样直径为3.91cm，高度为8.00cm,粉质粘土与粉砂互层土采用原状样,天然重度19kN/m3，天然含水量w37，液限wL38.5，塑限wp22.1，干重度d15kN/m3,采用真空饱和,饱和时间超过24小时,,孔压系数0.97,,,,,,粉细砂采用扰动土样,制样干重度d15kN/m3，平均粒径D500.14mm,不均匀系数Cu2.7,分五层击实,,,,,破坏标准本次试验采用双重破坏标准即,孔压标准,变形标准,,,,,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂均压固结时的典型时程曲线,σd～t关系图,,εd～t关系图,Ud～t关系图,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂Kc1.5时的典型时程曲线,σd～t关系图,εd～t关系图,Ud～t关系图,,,,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,南京粉质粘土与粉砂互层土振动孔压发展模式,粉质粘土与粉砂互层土Kc1.0,粉质粘土与粉砂互层土Kc1.5,均压固结和偏压固结条件下，拟合关系均可用双曲线表示,a、b为试验参数；u、uf分别为对应于振次为N和Nf的振动孔压KC1.0时,a0.265、b0.748KC1.5时,a0.299、b0.735,粉细砂Kc1.5,粉细砂Kc1.0,南京粉细砂振动孔压发展模式,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,粉细砂均压固结条件下，拟合关系可采用Seed等人建议公式,粉细砂偏压固结条件下，孔压发展模式可用前述双曲线拟合KC1.5时,a0.107、b0.905,KC1.0时,2.352、而Seed建议的0.7,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂振动孔压发展规律的试验研究,（1）在均压固结条件下，由于粉质粘土与粉砂互层土具有特殊的结构性，在循环荷载作用下其振动孔压的发展模式与砂土的振动孔压发展模式不同，可以用双曲线进行模拟，而粉细砂的振动孔压的发展模式可用反正弦函数表示。（2）在偏压固结条件下，循环荷载作用下粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂的振动孔压的发展模式相同，都可以用双曲线进行模拟。（3）对于粉质粘土与粉砂互层土，由于其独特的结构性，无论是均压固结还是偏压固结，当轴向双幅应变达到5时，其振动孔压均达不到围压，只能达到围压的60～80；而对于粉细砂，在均压固结条件下，液化时，孔压标准和应变标准能同时达到，两者是一致的；而偏压固结时，当轴向双幅应变达到5时，振动孔压也只能达到围压的65左右。,小结,主要研究成果三,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,试验方法、试验土样制备、破坏标准选取以及土样的物理力学性质同内容二,,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,不同固结比Kc、不同固结压力σ’3条件下南京粉质粘土与粉砂互层土动剪应力比σd/2σ、3与振次Nf关系曲线,KC1.5，KC1.0时都不能用3进行归一化,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,不同固结比Kc、不同固结压力σ’3条件下南京粉细砂动剪应力比σd/2σ、3与振次Nf关系曲线,,KC1.0时能用3进行归一化，而KC1.5时不能用3进行归一化,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,,,Kc1.0,σ’3100kPa时南京粉细砂和南京粉质粘土与粉砂互层土动剪应力比与振次关系曲线,互层土高于粉细砂,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,,,Kc1.0,σ’3200kPa时南京粉细砂和南京粉质粘土与粉砂互层土动剪应力比与振次关系曲线,,互层土稍高于粉细砂,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,,,Kc1.5,σ’3100kPa时南京粉细砂和南京粉质粘土与粉砂互层土动剪应力比与振次关系曲线,,,互层土高于粉细砂,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,,,,Kc1.5,σ’3200kPa时南京粉细砂和南京粉质粘土与粉砂互层土动剪应力比与振次关系曲线,,,,两种土动剪应力比较接近甚至重合,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,小结,通过对南京粉质粘土与粉砂互层土及粉细砂液化试验成果进行分析，可得出以下几点结论（1）对于南京粉质粘土与粉砂互层土，无论是在均压固结还是在偏压固结条件下，均不能用σ3来对其动强度σd进行归一化，说明固结压力对液化应力比的影响较大。（2）对于南京粉细砂，在均压固结条件下，不管固结压力的大小，试验点基本上都落于同一条d/2σ3～Nf曲线上，具有良好的归一性，说明固结压力在均压固结条件下对动剪应力比基本上没有影响。而在偏压固结条件下，σ3对动剪应力比不具归一性，动剪应力比d/2σ3～Nf关系曲线受σ3影响，表明初始应力状态是影响土体抗液化强度的一个重要因素。,新近沉积土南京粉质粘土与粉砂互层土、粉细砂抗液化性能的试验研究,（3）在固结压力σ3100kPa时，无论是偏压固结还是均压固结，当在相同振次时，南京粉质粘土与粉砂互层土的抗液化剪应力比要比南京砂的抗液化剪应力比大得多，表明，在同样深度处的粉质粘土与粉砂互层土比粉细砂具有更高的抗液化强度。当相同循环荷载作用时，粉细砂比粉质粘土与粉砂互层土更容易液化。（4）在固结压力σ3200kPa时，无论是偏压固结还是均压固结，两种土的抗液化剪应力比相当接近，尤其在振动次数较大时，两种土的抗液化剪应力比几乎重合，也即当地下水位接近地表时，这两种土在20m左右深度处具有相近的液化势。因此，对于高频往复循环荷载作用下，对南京粉质粘土与粉砂互层土地基的液化问题要引起足够的重视。,创新及成果应用,首次系统地给出南京及其周边地区新近沉积土动力特性的试验结果；建立了新近沉积土的孔压增长模式；土动力特性试验成果用于江苏省能源、交通、通信及电力系统等数十项工程。,谢谢,