通盐地区粉砂土力学参数统计特征与工程安全评价研究文献综述

 2022-10-31 12:32:07

文献综述(或调研报告):

粉砂土是岩石经过风化作用后的产物,颗粒介于细砂土和粉土之间,其颗粒组成中以砂粒和粉粒为主,粘性颗粒含量相对较少。长江三角洲区域广泛分布着粉砂土层,长期以来,国内外对粉砂土的物理力学性能以及工程性质缺乏科学地、系统地认识,因此对江苏沿海地区粉砂土的物理力学性能及工程性质进行研究具有非常重要的意义。另一方面,高速公路网作为现代化运输系统中重要的组成部分,保证高速公路交通运输安全通畅,对于促进社会经济的发展具有极其重要的意义。截至2015年,江苏“五纵九横五联”的高速公路网已基本建成,在一系列高速公路建设过程中,积累了丰富的工程经验,同时也积累了大量的江苏沿海地区土壤室内与野外试验成果,这为分析、研究通盐地区粉砂土的物理力学性能及工程特性创造了条件。

1 研究背景

长久以来,砂土液化一直是岩土工程和地震工程的重要课题之一。土体的液化现象是地基的一种破坏模式,它是指在地震、动力荷载或其他外力作用下,饱和的疏松粉、细砂土由于土体中的孔隙水压力累积上升而来不及消散,导致了土体强度大幅度下降,致使地基发生较大变形。土体液化通常会产生喷水冒砂现象,这将会导致地面产生不均匀沉降、建筑物倾斜、地下管线断裂、堤坝滑移、地下结构破坏。引起砂土液化的原因有很多,如地震、机械振动、爆炸等,但是地震引起砂土液化的范围更广、危害性更大。1995年,日本Ms7.2级阪神地震造成大面积地区发生砂土液化,大量地下建筑、管线、地面建筑物遭到不同程度破坏[4,5];1999年土耳其Mw7.4级科贾埃利(Kocaeli)地震引发了伊兹米特湾地区大面积土体液化,大量混凝土房屋和砖木房屋被严重破坏[4,6];1999年中国台湾Mw7.6级集集地震,导致南投市、新竹县五峰乡、彰化县员林镇地区发生土体液化,大量建筑物发生不同程度破坏[4,7];2008年中国汶川Ms8.0级地震造成大面积土体液化,其中成都、绵阳、雅安、德阳4个不同地区村庄液化喷水高度达10米以上,喷出物为位于地表以下20米深处的粉砂土[4,8]。2010年的智利大地震、2010年-2011年的新西兰地震、2011年东日本大地震等都使土体发生不同程度液化,对地面、地下结构物产生极其严重的破坏[4,,10]。地震具有强烈的不可预测性,其造成的破坏也是空前严重的,土体液化已经成为土动力学的一个热点课题。

江苏省是中国东部地区中强地震活动水平较高的省份,著名的郯庐断裂带和长江中下游——南黄海地震带贯穿江苏省,小震不断,中强地震时有发生。上世纪70年代以来,江苏省陆地已发生5级以上破坏性地震4次,溧阳1974年5.5级和1979年6.0级两次地震致使房屋倒塌10多万间,人员伤亡3千多人,直接经济损失近3亿元。1990年常熟——太仓5.1级地震造成1.3亿元的直接经济损失,为全国同类地震损失之最。据地震部门预测,未来江苏存在发生6级及6级以上地震的可能性。江苏省地层为冲积、淤积而成的一套三角洲相松散沉积层物和滨海海积相松散沉积物,广泛分布着粉砂土地层,在地震作用下极易发生液化,因此对江苏省地区粉砂土的物理力学特性及工程特性进行研究具有非常重要的意义。

2 国内外研究现状及发展趋势

饱和砂土在动载(如地震荷载、爆炸荷载振动荷载等)作用下液化问题是防灾减灾领域中重要的研究内容[3]。土在振动作用下是否液化,主要与土的性质、地震前的应力状况、震动的特性等因素有关[2]。国内外学者早期对于土体液化的研究主要是为了获得土体产生液化的条件,以此来预测土体的液化。国内外用于砂土液化的判别方法种类繁多,大致可分为两种:一种是依据室内试验,一种是依据现场测试的经验方法。为了更好地减轻砂土液化带来的危害,众多学者将研究的重点放在砂土液化的条件、液化的预测预报方法以及液化的防治措施上,并取得了一定的研究成果。

2.1 国外研究现状

1936年,美国学者Casagrande对砂土液化的问题进行了一系列科学研究,提出了用临界孔隙比作为判断砂土液化的方法[13]。1948年,泰勒对以临界孔隙比作为判断砂土液化的方法提出了质疑[13],开启了探索判断砂土液化的其他方法的科学研究。1971年,Seed[14]提出了抗液化剪应力法,Seed和Idriss等[15-16]人又相继对该方法做出了改进与改善。1980年,Yokel等[13]在抗液化剪应力法的基础上提出了剪切波速法。实际工程中的砂土里含有一定量的细粒,包括粉粒和粘粒。从细粒含量影响砂土抗液化性能的角度考虑时,因粉粒和砂粒性质比较接近,可以认为土的抗液化性能主要受粘粒含量的影响。关于细粒含量对砂土液化特性的影响,有学者提出随着细粒含量的增加,饱和砂土的抗液化能力会降低。S Sassa和H Sekiguchi利用有限元分析了砂土在波作用下的液化,发现在前进波作用下的土体抗液化能力于驻波作用下的抗液化能力,这是在前进波作用下砂土主应力轴发生转动造成的[11]。R.Bouferra和I.Shahrour通过室内三轴试验,研究了粘粒含量对砂土液化的影响,分析发现当粘粒含量在1-15%范围内时,粘粒将有助于提高砂土的抗液化性能,但是当粘粒含量大于15%时,砂土抗液化性能将开始降低[12]

2.2 国内研究现状

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