發(fā)布時間：2018-01-10 07:26

  本文關鍵詞：離心機振動臺試驗驗證基于剪切波速的碎石樁抗液化技術　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近30年來,地震作為突發(fā)的自然災害給人類社會生產活動帶來了巨大的影響和危害。地震導致的場地和建筑物破壞與巖土工程問題密切相關,特別是場地液化引起的震害問題特別嚴重。我國處于世界兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶)交匯處,7度以上的高烈度區(qū)覆蓋了全國1/2以上的土地,包括了大部分的省會城市和百萬以上人口大城市。因此,對易液化場地進行準確的液化判別并采取合理的抗液化處理措施是防震減災的關鍵之一。目前,場地的液化判別仍然基于標貫試驗和靜力觸探試驗等測試指標,且未有一套完整的碎石樁抗液化處理設計方法。因此,采用碎石樁加固易液化場地仍處在一個經驗性階段,具體的設計和檢驗方法都較為簡化,場地加固后的質量控制也非常困難。所以,提出準確的場地液化判別方法,并建立一套經濟合理的碎石樁抗液化處理設計方法具有重要的理論與現實意義。本文通過理論分析、離心機振動臺試驗驗證等方法系統(tǒng)地研究了離心模型試驗中土體剪切波速的測試精度及布置要求,提出了一套基于剪切波速的碎石樁抗液化處理技術,并通過室內離心機振動臺試驗和現場實例共同驗證了該方法在水平場地和傾斜場地中的適用性。本文所做的主要工作和研究成果如下：1、基于離心模型試驗中彈性波速的測試需求,建立了離心模型試驗彈性波測試方法,并針對離心試驗中環(huán)境振動、高噪音等問題進行了傳感器優(yōu)化設計。圍繞離心試驗中模型箱內高應力梯度、變重力場等復雜狀況,建立了考慮應力各向異性的剪切波曲線傳播路徑模型,分析了離心機硬件參數(離心加速度值或轉速、離心機半徑)、傳感器布置方式(彎曲元埋深和測試距離)、模型應力狀態(tài)(K0)和土性參數(n)對曲線路徑的影響規(guī)律,給出利用彎曲元進行剪切波速測量的布置技術優(yōu)化建議,并通過離心模型試驗驗證了其的合理性。最后對采用壓縮元進行了土體壓縮波速的測量開展了基礎研究,并標定了砂土飽和度-壓縮波速曲線。研究表明,彎曲元和壓縮元經過傳感器優(yōu)化設計后信號穩(wěn)定清晰,測試結果可靠。彎曲元埋深、測試距離和土性參數對剪切波曲線路徑和波速測試精度影響最大。為了保證剪切波速測試精度,建議離心試驗中彎曲元的歸一化深度D/L應大于0.5,小于0.5時需要進行波速修正。采用壓縮元測得的壓縮波速可以很好的反映模型飽和度。2、通過總結國內外碎石樁抗液化處理設計方法和評估碎石樁三方面加固機理在場地抗液化處理中的作用,本文建立了一套完整的基于剪切波速的碎石樁抗液化處理設計方法,并給出了該設計方法的主要流程。該方法基于土體的重要參數剪切波速,僅考慮加密效應,將減震效應和排水減壓效應作為安全儲備。本文建議了基于液化本質的土體抗液化強度-剪切波速"CRR-Vs"表征關系,并給出了土體剪切波速-孔隙比“Vs-e”相關關系,基于大量砂土種類得到了經驗統(tǒng)計參數。該設計方法思路清晰,所選參數簡單易確定。3、根據提出的碎石樁抗液化處理方法,設計了未處理場地、加密處理場地和碎石樁處理場地三個水平場地離心機振動臺試驗,通過對比研究了水平場地的加密效應,減震效應和排水效應,驗證了基于剪切波速的碎石樁抗液化處理設計方法的正確性。利用彎曲元和孔壓靜力觸探聯(lián)合表征了場地結構性演化規(guī)律,并對液化判別結果進行了比較。通過未處理場地模型試驗,分析了松砂場地的放大效應等振動液化響應。通過加密處理場地,分析了碎石樁的加密效應特性,研究了加密效應對場地振動響應的影響。通過碎石樁處理場地,分析了減振效應對地震循環(huán)剪應力比,排水減壓效應對場地振動液化響應的影響,研究了碎石樁排水效應長期服役性能。研究結果表明,ZJU-400離心機振動臺通過傳遞函數控制振動臺臺面輸出的控制技術能較好地輸出目標波形。土工離心機振動臺可以重現實際場地的地震液化現象。場地剪切波速和錐尖阻力均可以很好地表征場地結構性隨離心加速度和振次的演化規(guī)律,結論基本一致。基于剪切波速的液化判別可以預測全部液化工況,對于非液化工況準確率較高(80%),高于基于錐尖阻力的判別結果。碎石樁加密后,場地的Vs1、K0和qc均有明顯增大,場地放大效應增加,導致相同振動下循環(huán)剪應力比增大,但是加密效應帶來的抗液化強度的增加確保了場地的不液化,驗證了所提設計方法的正確性。碎石樁處理場地中,碎石樁的減振效應并不明顯,反而布置了碎石樁后場地的循環(huán)剪應力比有所增加。排水作用雖然可以明顯地減緩超孔壓產生速率并提高振后的消散速率,但是場地平均超孔壓比峰值卻沒有明顯降低。碎石樁的長期服役性能評估顯示,大振后碎石樁有一定的淤堵,導致抗液化性能明顯劣化,場地的結構性和抗液化強度會隨著小振的持續(xù)而逐漸恢復。因此,碎石樁的存在可以提供一部分安全儲備,但是為了不建議考慮進設計方法。4、在碎石樁處理水平易液化場地的基礎上,本研究基于LEAP國際平行試驗,初步分析了傾斜場地地震液化的基本響應問題。研究表明,即使很小坡度的傾斜場地,地震引發(fā)的液化問題與水平場地有顯著不同,特別是傾斜場地地震液化會引起很大的液化側移,而液化側移又與場地平均超孔壓比有密切關系。雖然傾斜場地存在著初始地震剪應力,但是通過水平場地得到的基于剪切波速的液化判別方法在傾斜場地依然可用,而相關的碎石樁設計方法,尚需要更深入的研究確定。5、將基于剪切波速的碎石樁抗液化處理設計方法應用于兩個現場實例,通過現場加固后測試和實際地震表現,驗證了所提方法的有效性。研究結果表明,碎石樁抗液化處理能有效提高場地的抗液化強度,保證處理后場地在地震時不液化。本文通過理論分析,提出了基于剪切波速的碎石樁抗液化處理設計方法,并通過離心模型試驗和現場實例對該方法的有效性進行了驗證。本文研究有助于提高對易液化場地場地地震響應的認識,為易液化場地利用碎石樁進行抗液化處理提供了一套合理且簡便的設計方法,對巖土地震工程的研究和實踐具有理論和應用價值。
[Abstract]:In recent 30 years , the earthquake as a sudden natural disaster has brought great influence and harm to the production of human society . The damage of site and buildings caused by earthquakes is closely related to the geotechnical engineering problems . In this paper , the effect of shear wave velocity and cone tip resistance on the vibration liquefaction of the site is analyzed . The results show that the effect of vibration damping on the vibration response of the site can be predicted . The results show that the effect of the shear wave velocity and cone tip resistance can be used to predict the liquefaction of the site . This paper presents a design method of anti - liquefaction treatment for stone piles based on shear wave velocity , and verifies the validity of the method by means of centrifugal model test and on - site examples . This paper provides a reasonable and simple design method for the liquefaction treatment of liquefaction site with gravel pile , which has theoretical and practical value for the research and practice of geotechnical seismic engineering .

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU473.1;TU435

【參考文獻】

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1 沈珠江;土體結構性的數學模型──21世紀土力學的核心問題[J];巖土工程學報;1996年01期

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本文編號：1404374