动荷载作用下杭州粉土动强度试验研究

黄玲琳　朱惠良

(1.浙江工业大学建筑工程学院，浙江 杭州　310032；　2.中国建筑材料工业地质勘查中心浙江总队，浙江 杭州　310022)



动荷载作用下杭州粉土动强度试验研究

黄玲琳1朱惠良2

(1.浙江工业大学建筑工程学院，浙江 杭州310032；2.中国建筑材料工业地质勘查中心浙江总队，浙江 杭州310022)

通过对杭州粉土进行固结不排水动三轴试验，研究围压和固结比在动荷载作用下对杭州粉土动强度的影响，总结了不同固结比、不同围压的条件下，杭州粉土动强度的变化规律。

动荷载，粉土，动强度

0　引言

地震等动荷载会引起的砂土液化早已明确，但饱和粉土层在动荷载作用下也会产生液化，国内外的一些大地震都已证明。例如：1975年海城大地震、1976年中国唐山地震、土耳其的Kocaeli地震等都出现了大量的粉土地基液化。

国外学者Prakash等[1]研究了地震作用下低塑性粉土的液化问题；Ishihara[2]的研究表明塑性指数的大小直接影响粉土液化的强度；国内学者王建华等[3]提出了粉土在随机地震荷载作用下液化的判定方法；赵慧在文献[4]中研究了云南粉土在不同破坏标准条件下的孔压上升模型以及动应力和应变关系；张伟[5]通过不同频率的循环荷载来模拟不同的地震作用，研究了山西粉土在不同频率动荷载作用下的动力特性。但关于动荷载作用下杭州粉土的动强度的研究相对比较少，因此，本文选用杭州粉土，对不同围压、不同固结比和不同振动频率动荷载作用下的粉土试样进行了固结不排水动三轴试验，研究分析杭州粉土在这些不同动应力条件下的变化规律。

1　试验概况

本研究采集杭州典型区段典型粉土进行动三轴试验，土样的颗粒组成：土的粒径d<0.002 mm，d=0.002 mm～0.05 mm，d=0.05 mm～0.074 mm，d=0.074 mm～2 mm的土粒百分含量(%)分别为：2.78，37.21，13.70，46.31；土样的物理性指标见表1，试样为39.1 mm×80 mm的圆柱体。

表1　土样物理性指标

动三轴试验固结比分别选定为1.0，1.5和2.0；周围压力逐级设定为100 kPa，150 kPa和200 kPa；动荷载选用正弦波波形，振动频率分别选择0.5 Hz，1.0 Hz和2.0 Hz，进行粉土的动强度试验。试样选用动应变达到5%作为动态破坏标准。

2　粉土动强度的影响因素分析

2.1不同频率动荷载对粉土动强度的影响

在围压100 kPa时粉土试样分别在三种不同固结比条件下，不同振动频率动荷载作用下的动强度曲线如图1～图3所示。

由图1可知，当σ3=100 kPa，Kc=1.0时，在f≤1.5 Hz时动强度随着频率的增大而增大，但当f=2.0 Hz时强度反而比f=1.0 Hz时有所下降。也就是当振动频率小于1.5 Hz时，粉土的动强度会随着频率的增大而得到提高，当振动频率达到2.0 Hz时，粉土的动强度反而小于振动频率为1.5 Hz时动强度。出现这一现象主要是由于在f=2.0 Hz时，粉土的渗透系数比较小，动孔压不易消散和转移，孔压急剧上升，会减小土样内的有效应力水平，引起土样动强度降低。由图2，图3可以看到，当固结比变化时，振动频率对土样动强度的影响程度有所改变，当固结比逐渐从1变到1.5和2.0后，频率对土样动强度的影响就会越来越小，在Kc=2.0时已经可以不考虑荷载频率变化对动强度的影响。

2.2不同固结比对粉土动强度影响

从图4～图6可以看出，当振动频率和围压相同时，土样的固结比越大，土的动强度也会随之提高。这是因为固结比越高，土颗粒间的空隙被压缩的程度越高，使得土颗粒连接更加紧密，这种连接力需要更高的孔压才能破坏，因此土样的动强度就越高。

2.3不同围压对粉土动强度的影响

作用在土样的围压不同时，粉土的动强度会随围压的增长而增大，如图7～图9所示。

图7～图9显示，围压变化对土样动强度的影响非常明显，在振动频率f=1.0 Hz的条件下，不同固结比的土样动强度都会随着围压的变大而显著提高，也就是土样所受到的约束应力条件越强，土样受到的变形约束也就越大，土体被压缩紧密，因此动强度就越强。

3　结语

总结本研究的粉土动强度试验，可以得出以下结论：在振动频率f≤1.5 Hz的动荷载作用下，粉土的动强度会随着频率的增大而增大，而当f=2.0 Hz的动荷载作用下，动强度反而比f=1.0 Hz时有所下降；随着固结比的增大，荷载振动频率对土样的动强度影响越来越小，Kc=2.0时动荷载的振动频率对土样的动强度影响最小；固结比的变化对土样的动强度有影响，但和振动频率一样对土样动强度的影响较小，而围压对土样动强度的影响显著，当围压变大时，粉土试样的动强度会明显升高。

[1]Guo T，Prakash S．Liquefaction of silts and silt-clay mixtures[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1999，125(8)：706-710.

[2]Ishihara K，Okusa S，Oyagi N，et al．Liquefaction-induced flow slide in the collapsible loess deposit in soviet Tajik[J]．Soils and Foundations，1990，30(4)：73-89.

[3]王建华，扬进良，王成春.随机地震荷载作用下饱和粉土的液化特性[J].岩土力学，1997(18)：1-6.

[4]赵慧.循环荷载作用下粉土的破坏标准和动力特性的试验研究[D].南京：河海大学，2006.

[5]张伟.粉土在不同频率循环荷载作用下的动力特性试验研究[D].南京：河海大学，2008.

Study on dynamic strength of silt under dynamic load in Hangzhou

Huang Linglin1Zhu Huiliang2

(1.CollegeofArchitecturalandCivilEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310032，China; 2.ZhejiangGeneralOfficeofChinaBuildingMaterialsIndustryGeologicalProspectingCenter，Hangzhou310022，China)

Through to Hangzhou silt consolidated undrained dynamic triaxial test of confining pressure and consolidation ratio under dynamic load of Hangzhou silt dynamic strength, summarizes and analyzes the different consolidation ratios and the different confining pressure conditions, Hangzhou silt dynamic strength of variation.

dynamic load, silt, dynamic strength

1009-6825(2016)08-0083-02

2016-01-07

黄玲琳(1991- )，女，在读硕士

TU432

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