不同细颗粒掺量对饱和砂土的动强度试验研究★

陈丹丹 晏云涛 钱玉林 祝 捷

(1.扬州大学建筑与工程学院，江苏 扬州 225000; 2.中国建筑第八工程局有限公司,上海 200000)



·岩土工程·地基基础·

不同细颗粒掺量对饱和砂土的动强度试验研究★

陈丹丹1晏云涛1钱玉林1祝 捷2

(1.扬州大学建筑与工程学院，江苏 扬州 225000; 2.中国建筑第八工程局有限公司,上海 200000)

选取扬州饱和砂土，通过掺入不同细颗粒含量，对其液化性质进行了研究，并利用动三轴仪，分别探讨了在不同细粒含量与不同固结比的情况下，掺细粒砂土的动强度的变化趋势，得出了一些有意义的结论。

饱和砂土，掺合量，动强度

0 引言

液化是指饱和砂土在地震的短暂时间内，孔隙水压力骤然上升，并来不及消散，有效应力降低至零，土体呈现出近乎液体的状态，承载能力完全丧失。土，特别是饱和松散砂土，在地震、打桩、爆炸、机械振动等引起的振动力的作用下，均可引起土的振动液化。本文从不同掺细粒方法探究了饱和砂土动强度(液化)的特性。

刘雪珠等[1]通过对不同粘粒含量的南京粉细砂进行液化试验,结果显示粘粒含量对南京粉细砂的抗液化强度影响很大，当粘粒含量ρc=10%的时候，动强度最低。曾长女[2]利用动三轴仪进行了液化试验，研究细粒含量对动强度的影响。粉土样的粘粒含量变化为3%，6%，9%，12%，15%，粉粒含量变化为50%，60%，70%，80%。试验结果表明，不仅干密度影响动强度，粘粒含量和粉粒含量变化对动强度影响也较大。Georgiannou等[3]做了含高岭土的粘土砂的三轴拉伸与压缩试验，研究结果表明，与纯净砂相比，含粘粒的砂土表现出了更加不稳定的物理性状。Puri[4，5]在粉土中加入少量粘土，采用该方法可以增加粉土的抗液化能力。Koester[6]研究了不同的粉粒含量对抗液化强度的影响分析，得出粉粒大于30%时动剪应力比大幅度增加。

本文对扬州市邗江区槐泗镇的土样颗粒进行了风干、击碎、过筛试验。利用动三轴仪研究了以下几个问题：1)在固结比Kc=1的条件下，当细粒含量为21%，23%，25%，27%，29%的时候，掺细粒砂土的动强度的变化趋势；2)在Kc=1.5的条件下，当细粒含量为21%，23%，25%，27%，29%的时候，掺细粒砂土的动强度的变化趋势。

1 仪器介绍和土样制备

1.1 仪器介绍

本文选用扬州大学DDS-70微机控制电磁式振动三轴试验仪进行实验(见图1)。动三轴试验是室内进行土的动态特性时较普遍采用的一种方法。该仪器由三轴室、激振器、电器控制柜、静压控制柜、微机系统等主要部分组成。

1.2 土样制备

土样取自扬州市邗江区槐泗镇。本次实验采用重塑土，按《土工试验方法标准》的规定制样，采用真空抽气加水饱和，使饱和度Sr>95%，认为土样达到饱和。动三轴试样见图2。

2 动三轴试验结果及分析

本文研究在围压为100 kPa，150 kPa，200 kPa的条件下和固结比Kc=1与Kc=1.5的条件下，对细粒含量为21%，23%，25%，27%，29%这五种混合掺细粒的试样进行动强度试验。

本次试验液化标准采用应变标准，即双幅轴向应变为5%时认为土样发生液化。在试样达到初始液化标准后即停止动荷载的施加，试验记录也随之停止。在每种围压下使用3个～4个土样进行试验，以τd=σd/2(σd为动应力幅值)为纵坐标，以破坏循环振动次数Nf的对数为横坐标。绘制不同有效固结应力下动剪应力和破坏循环振动次数的关系曲线，即土体液化强度破坏曲线。

1)Kc=1.0的条件下，混合掺细粒试样的试验结果及分析。

由图3～图7可见：动强度值随着振幅周次的增加而不断降低，呈现出不断减小的趋势。在固结比Kc=1.0的条件之下，对于细粒含量为21%，23%，25%，27%，29%的混合掺细粒砂土试样，其动强度在细粒含量为21%和29%的时候最高。细粒含量在21%～25%时动强度呈现出单调递减，细粒含量在25%～29%时动强度呈现出单调递增。在细粒含量为25%时动强度处于最低值，呈现了倒置“抛物线”的趋势。

如图8所示，在三种不同的围压下，细粒含量在25%的时候砂土的动剪应力值均为最低。不同的细粒含量对饱和砂土动强度所产生的影响不一样。当细粒含量在21%～25%时，砂土的动强度越来越低。这是因为细粒起到了“润滑”的作用，有利于液化现象的发生。当细粒含量在25%～29%时，砂土的动强度越来越高。这是因为细粒所起的作用是阻碍液化现象的发生。在相同细粒含量的基础上，围压每增大50 kPa，动强度大约增加10 kPa～15 kPa。从试验结果可以看出，动强度随围压的增大而增大，增大围压能够提高饱和掺细粒砂土的动强度。通过纵向对比发现，在相同的围压下，当细粒含量在21%～25%时，土样的动强度下降约为5 kPa～10 kPa。当细粒含量在25%～29%时，土样的动强度上升约为5 kPa～10 kPa。

2)Kc=1.5的条件下，混合掺细粒试样的试验结果及分析。

由图9～图13可见：动剪应力值随着振幅周次的增加而不断减小。在固结比Kc=1.5的条件之下，对于细粒含量为21%，23%，25%，27%，29%的混合掺细粒砂土试样，其动强度在细粒含量为21%和29%的时候最高。在细粒含量为21%～25%时呈现出单调递减，在相同围压与不同细粒含量的条件下，动强度每次减少10 kPa～20 kPa。在细粒含量为25%～29%时呈现出单调递增，在相同围压与不同细粒含量的条件下，动强度每次增加10 kPa～20 kPa。在细粒含量为25%时动强度处于最低值。这就说明不同的细粒含量对砂土动强度所产生的影响不一样，并且与固结比Kc=1的时候的趋势保持一致。当细粒含量在21%～25%时，砂颗粒起到了主导作用，细粒主要“储存”在砂颗粒之间的孔隙之内，在循环荷载的作用之下，细粒发挥出“润滑”作用，降低了砂颗粒之间的摩擦力，所以导致砂土的动强度越来越低。这是因为细粒起到了润滑的作用，有利于液化现象的发生。当细粒含量在25%～29%时，砂土的动强度越来越高。这是因为细粒所起的作用是阻碍液化现象的发生。

3)Kc=1.0和Kc=1.5动强度曲线图进行纵向对比分析。

将Kc=1.0和Kc=1.5这两种固结比之下的动强度曲线图进行纵向对比。可以得出结论，在相同细粒含量和相同围压的情况之下，当固结比介于1.0与1.5之间的时候，随着固结比的增加，砂土的动强度也线性增加，增加的幅度大概为23%～26%。

3 结语

本文利用动三轴仪研究了不同固结比情况下混合掺细粒饱和砂土动强度的变化规律。通过以上的研究，得出了如下的结论：

1)在Kc=1.0的条件之下，对于混合掺细粒砂土试样，其动强度在细粒含量为21%和29%的时候最高。细粒含量在21%～25%时动强度呈现出单调递减，细粒含量在25%～29%时动强度呈现出单调递增，在细粒含量为25%时动强度处于最低值，呈现了倒置“抛物线”趋势。在相同细粒含量的基础上，围压每增大50 kPa，动强度大约增加10 kPa～15 kPa。

2)在Kc=1.5的条件下，与固结比Kc=1.0时的趋势保持一致。当细粒含量在21%～25%时，导致砂土的动强度越来越低。当细粒含量在25%～29%时，砂土的动强度越来越高。

[1] 刘雪珠，陈国兴.粘粒含量对南京粉细砂液化影响的试验研究[J].地震工程与工程振动，2003,23(3):151-155.

[2] 曾长女.细粒含量对粉土液化及液化后影响的试验研究[D].南京：河海大学,2006.

[3] Gergiannou.V. N,Burland J B,Hight D W.The undrained behaviour of clayey sands in triaxial compression and extension[J].Geotechnique,1990,40(3):431-449.

[4] Puri.V.K.Liquefaction behavior and dynamic properties loessial(silty)soils[D].PhD thesis,University of Missouri-Rollo.Mo,1984.

[5] Puri.V.K.Liquefaction aspects of loessial soils[A].Proc. 4th U.S.Nat.Conf.On Earthquake Engineering Research Inst.,EI Cerito,Calif[C].1990:755-762.

[6] Koester,J.P.Effects of fines type and content on liquefaction potential of low-to-medium plasticity fine-grained soils[A].Proc-19th Nat.Earthquake Conf,Central United States Earthquake Consortium Memphis.Tennessee United States[C].1993:67-75.

Experimental’ study on the dynamic strength of saturated sand influenced by different mixing amount of fine particles★

Chen Dandan1Yan Yuntao1Qian Yulin1Zhu Jie2

(1.CollegeofCivilScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225000,China;2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivisionCorp.Ltd,Shanghai200000,China)

Selecting saturated sand in Yangzhou, through mixing different fine particles amount, the paper studies its liquefaction property, respectively explores dynamic strength changing trend of sand with fine particles under the condition of mixing different fine particle amount and different consolidation ratio by applying triaxial apparatus, and finally draws some meaningful conclusions.

saturated sand, mixing amount, dynamic strength

2016-03-20★：国家自然科学基金资助项目(项目编号：51278446)；青年基金(项目编号：50908198)

陈丹丹(1989- )，女，在读硕士

1009-6825(2016)16-0059-03

TU411

A