含細(xì)粒飽和砂土的液化特性研究綜述

豐土根,錢秋瑩,張福海

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098)

含細(xì)粒飽和砂土的液化特性研究綜述

豐土根1,2,錢秋瑩1,2,張福海1,2

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098)

綜述了國內(nèi)外有關(guān)含粉粒飽和砂土和含黏粒飽和砂土液化特性的試驗(yàn)研究成果,對于含粉粒飽和砂土,粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粉粒粒徑和砂骨架顆粒級配對飽和砂土的液化特性影響顯著,粉粒的存在或可以增加或降低含粉粒飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度,或存在臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)使飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈非單調(diào)性變化;對于含黏粒飽和砂土,臨界黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)使飽和砂土的抗液化強(qiáng)度隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大先減小再增大;黏粒的塑性指數(shù)對飽和砂土的抗液化強(qiáng)度有較大影響;不同顆粒組成的飽和砂土對塑性指數(shù)的反應(yīng)不盡相同。

飽和砂土;粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù);黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù);塑性指數(shù);液化特性;綜述

自20世紀(jì)60年代以來,地震活動(dòng)頻繁,引發(fā)國內(nèi)外學(xué)者對地震荷載作用下飽和土體的液化現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究,其中對飽和砂土的液化特性研究成為巖土工程界的熱點(diǎn)問題。在過去50年中,對地震荷載作用下飽和砂土的液化強(qiáng)度特性、變形特性、孔壓發(fā)展規(guī)律及相關(guān)影響因素等方面的研究比較深入,并取得了一系列豐碩的成果。這些研究成果大多建立在純砂的基礎(chǔ)上,對于含細(xì)粒飽和砂土(如粉細(xì)砂、砂質(zhì)粉土等)的液化特性研究尚顯不足。

實(shí)際上,自然界中純砂并不多見。據(jù)多數(shù)地震資料顯示,由地震活動(dòng)引發(fā)的地基液化現(xiàn)象多發(fā)生在以含粉質(zhì)砂土和砂質(zhì)粉土等砂粉混合的水力回填土層、海岸線附近的自然沉積沖積土層。這類土層在顆粒的組成上與純砂有明顯不同,含細(xì)粒的砂性土或砂質(zhì)粉土等砂粉混合土的液化特性也明顯有別于純砂的液化特性,將適用于純砂的液化理論完全套用于此類砂粉混合土的液化問題是不科學(xué)的。因此,對含細(xì)粒的非純砂土的液化特性研究具有一定的針對性和科學(xué)適用性。

1 含粉粒飽和砂土的液化特性研究

自然界中的砂土普遍含有細(xì)粒(粒徑小于0.075 mm的顆粒),主要包括黏粒和粉粒。Mogami等[1]最早研究發(fā)現(xiàn)含細(xì)粒砂土存在液化敏感性;Lee等[2]通過室內(nèi)試驗(yàn)研究證明含細(xì)粒砂土也會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象;隨后Lee等[3]相繼提出黏粒和粉粒對土動(dòng)力強(qiáng)度的影響;Carraro等[4]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)飽和砂土的臨界狀態(tài)摩擦角和峰值應(yīng)力隨著粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大,而隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,小應(yīng)變剪切模量隨兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大均呈減小趨勢,其中粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對小應(yīng)變剪切模量的影響更為顯著。由此可知,粉粒和黏粒的存在對飽和砂土的強(qiáng)度特性均有影響,但各自的影響作用有所差別,有必要進(jìn)行分別研究。

1.1 粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土液化特性的影響

粉質(zhì)砂土是現(xiàn)場最為常見的具有液化敏感性的砂土地基,與純砂在一般情況下隨圍壓的增加而產(chǎn)生體積壓縮性有所不同,粉質(zhì)砂土在圍壓作用下常發(fā)生反向行為,表現(xiàn)為剪脹性。Lade等[5]研究指出含粉粒砂土比純砂更易于發(fā)生液化現(xiàn)象,其抗液化強(qiáng)度隨圍壓的增大而降低。近年來國內(nèi)外有關(guān)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土液化特性影響的研究已取得諸多成果,然而所得結(jié)論不盡相同。

Troncoso等[6]對相同孔隙比條件下的尾礦砂進(jìn)行不同粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～30%)影響的循環(huán)剪切試驗(yàn),表明在孔隙比不變的情況下,循環(huán)抗剪強(qiáng)度隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,Finn等[7-13]隨后亦曾得出類似結(jié)論;Chang等[14-17]通過試驗(yàn)研究認(rèn)為粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大會(huì)提高飽和砂土的抗液化能力; Law等[18-19]研究表明,含粉粒飽和砂土的抗液化強(qiáng)度先隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,當(dāng)抗液化強(qiáng)度達(dá)到某一最小值時(shí)又隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸提高,并定義使強(qiáng)度趨勢發(fā)生改變時(shí)的粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)。顯然以上結(jié)論并不完全相同,甚至有的觀點(diǎn)存在較大分歧,這與各學(xué)者研究過程中所采用的試驗(yàn)條件和砂土試樣等因素密切相關(guān)。通過這些不同的試驗(yàn)結(jié)果可知,粉粒對飽和砂土的影響并不完全受粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)這一參數(shù)控制,其在不同試驗(yàn)條件和試樣條件下對飽和砂土液化特性的影響研究仍有待進(jìn)一步深入。

針對上述情況,Polito等[20]采用兩種不同類型的砂(蒙特利砂,砂粒形狀介于角粒和圓粒之間,粒徑為0.18～0.84mm,d50=0.43mm;伊利諾州砂,砂粒形狀介于角粒和圓粒之間,粒徑小于0.84 mm,d50= 0.18 mm),通過控制砂樣類型、粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、砂樣相對密度、砂骨架孔隙比和砂間孔隙比等因素,研究粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同因素條件下對含粉粒飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)以砂間孔隙比為控制條件時(shí),兩種類型砂土的動(dòng)強(qiáng)度特性相似,表現(xiàn)為存在臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)使砂土的動(dòng)強(qiáng)度呈非單調(diào)變化,其動(dòng)強(qiáng)度均先隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而降低,當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大并超過35%時(shí),飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度又隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大呈緩慢增漲趨勢,在粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的條件下,兩種類型下砂土的動(dòng)強(qiáng)度均隨砂間孔隙比的增大而降低;當(dāng)以砂骨架孔隙比為控制條件時(shí),兩種類型砂樣對粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動(dòng)力響應(yīng)表現(xiàn)出不同特性,表現(xiàn)為蒙特利砂的動(dòng)強(qiáng)度不隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而變化,而伊利諾州砂的動(dòng)強(qiáng)度隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大有所提高。Polito據(jù)此進(jìn)一步指出,當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小且低于臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí),粉粒被包裹在砂骨架中,此時(shí)砂土的動(dòng)強(qiáng)度主要由相對密度控制,隨相對密度的增大而提高,與粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)無關(guān);當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大,砂粒被較多粉粒包圍時(shí),砂土的動(dòng)強(qiáng)度則由粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和相對密度控制,此時(shí)與砂土的類型和粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)無關(guān)。Xenaki等[21]進(jìn)一步研究證實(shí)臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的存在,并表明在砂間孔隙比一定的條件下,使飽和砂土抗液化強(qiáng)度最低的粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為30%～44%。

我國對含粉粒飽和砂土的研究起步較晚,目前仍主要研究粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土強(qiáng)度和孔壓特性的單一影響。朱建群等[22]對低粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的片狀砂抗剪強(qiáng)度特征進(jìn)行了研究,試驗(yàn)表明粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對粉砂的顆粒組成和結(jié)構(gòu)具有重要作用,主要影響粉砂的強(qiáng)度和變形。通過對粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、6%、9%、12%和15%的5組砂土試樣進(jìn)行三軸固結(jié)不排水試驗(yàn),表明當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、9%和12%時(shí),松散粉砂土均出現(xiàn)靜態(tài)液化現(xiàn)象,當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)該現(xiàn)象消失;并指出當(dāng)粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0～9%時(shí),試樣穩(wěn)定性逐漸減弱,而超過9%以后試樣的穩(wěn)定性隨粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而逐漸升高。由此進(jìn)一步證實(shí)了臨界粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的存在。王艷麗等[23]通過對不同細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～45%)的定量分析,以粒徑為0.075～0.250mm的南京地區(qū)粉細(xì)砂為砂骨架,探討細(xì)粒(粒徑小于0.075 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土動(dòng)孔壓的影響。結(jié)果表明,細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對砂土孔壓發(fā)展影響較大,其影響主要體現(xiàn)在孔壓發(fā)展過程中模型函數(shù)的擬合參數(shù)不同,其擬合參數(shù)隨細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大先減小,在細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)達(dá)到最小值;之后隨細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大逐漸增大,但其后的增大趨勢較平緩。其試驗(yàn)過程中孔壓模型的擬合參數(shù)與細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系揭示了粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土孔壓發(fā)展的影響機(jī)制,結(jié)果如圖1所示。

1.2 顆粒組成對飽和砂土液化特性的影響

國外學(xué)者較早發(fā)現(xiàn)含細(xì)粒飽和砂土的砂骨架顆粒級配不同,飽和砂土就表現(xiàn)出不同的液化特性。Rahman等[24]對砂骨架顆粒級配不同而粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的兩組試樣進(jìn)行三軸加載試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)及試驗(yàn)條件下,含粉粒飽和砂土的抗液化強(qiáng)度隨著砂骨架顆粒級配不均勻系數(shù)的增大而增大,二者呈單調(diào)增加關(guān)系。

Monkul等[25]對砂骨架顆粒級配相同、粉粒粒徑不同的3組試樣進(jìn)行不排水的三軸壓縮試驗(yàn),指出平均粒徑比(即砂骨架的顆粒平均粒徑與粉粒平均粒徑之比)對含粉粒飽和砂土的液化性能具有重要的影響,與粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在交叉影響;當(dāng)平均粒徑較小時(shí),隨著粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～20%)的增大,飽和砂土的液化可能性呈增大趨勢;當(dāng)平均粒徑較大時(shí),隨著粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,飽和砂土的液化可能性呈先增大后減小的變化規(guī)律;在一定條件下,含粉粒飽和砂土的液化可能性會(huì)低于純砂的液化可能性。由此表明粉粒的粒徑大小對含粉粒飽和砂土的液化特性有著較大的影響。

Monkul[26]在進(jìn)一步分析粉粒對粉細(xì)砂液化特性的主要影響因素時(shí)明確指出,砂骨架中所含粉粒的粒徑大小是除粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)之外影響粉細(xì)砂液化特性的最主要因素,這主要是由于不同粒徑的粉粒顆粒將構(gòu)成粉細(xì)砂的不同物理結(jié)構(gòu),從而影響粉細(xì)砂的液化特性。并由此提出可通過砂粒骨架和粉粒顆粒的平均粒徑比(D50/d50)來衡量含不同粉粒的砂土的液化特性。其試驗(yàn)研究表明,當(dāng)所含粉粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí),砂樣的抗液化強(qiáng)度隨平均粒徑比的減小有顯著降低。

基于以上含粉粒飽和砂土的研究現(xiàn)狀可知,粉粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、砂土類型、砂骨架顆粒級配、粉粒粒徑等因素對飽和砂土液化特性存在相互交叉影響,不同試驗(yàn)條件下的結(jié)論有相對局限性,對以上各因素間的相互交叉作用仍有待更全面的深入研究。

圖1 孔壓模型擬合參數(shù)與細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線

2 含黏粒飽和砂土的液化特性研究

Mitchell[27]曾指出,粒徑較小的黏土顆粒在相對較粗的砂粒骨架中,并不承擔(dān)顆粒間的動(dòng)力傳遞作用,屬于非活動(dòng)性因素,可近似當(dāng)作孔隙來看待。后來的學(xué)者也普遍將黏粒當(dāng)作砂粒間的孔隙來研究。直到1990年,Georgiannou等[28]對含高嶺土的飽和砂樣進(jìn)行了三軸壓縮和拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)表明,含黏粒砂與純砂相比,表現(xiàn)出更不穩(wěn)定的性狀。之后學(xué)者們才開始從黏粒組成及黏粒的相關(guān)性質(zhì)方面對土的液化特性影響進(jìn)行研究。

2.1 黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土液化特性的影響

Perlea等[29]對不同黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的飽和砂土進(jìn)行三軸試驗(yàn),在相同試驗(yàn)條件下,飽和砂土的抗液化強(qiáng)度與黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈非單調(diào)變化關(guān)系,當(dāng)飽和砂土中黏粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15%時(shí),飽和砂土的抗液化強(qiáng)度隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減少;當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%時(shí),飽和砂土的抗液化強(qiáng)度又隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸增大。

Ghahremani等[30]對不同高嶺石黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(10%～50%)的飽和砂土進(jìn)行循環(huán)三軸試驗(yàn),在孔隙比相同的條件下,含黏粒飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大不斷減小,當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)減到最小,其后隨著黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而不斷增大。

吳建平等[31]對黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于9%的重塑砂土進(jìn)行了自振柱和動(dòng)三軸試驗(yàn)研究,探討?zhàn)ちＹ|(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～9%)對飽和砂土剪切模量和液化勢的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于9%時(shí),含黏粒飽和砂土的動(dòng)剪切模量隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,其抗液化性能也逐漸下降。

衡朝陽等[32]研究了黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對飽和砂土動(dòng)剪應(yīng)力比的影響,通過對3組不同黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)及不同黏粒成分的試樣進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn),指出飽和砂土的動(dòng)剪應(yīng)力比與所含黏粒的礦物成分無關(guān),與黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線總是向上開口的拋物線形;當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%左右時(shí),動(dòng)剪應(yīng)力比最小,飽和砂土的抗液化強(qiáng)度最小。

劉雪珠等[33]對黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%、10%和15%的3種南京片狀粉細(xì)砂進(jìn)行液化研究,表明黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對南京粉細(xì)砂的抗液化強(qiáng)度影響較大且呈非單調(diào)變化,當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)抗液化強(qiáng)度達(dá)到一個(gè)低谷;動(dòng)剪應(yīng)力比與黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線呈向上開口的近似拋物線形。

潘劍峰等[34]通過對含黏粒的粗細(xì)?；旌仙巴?粗顆粒粒徑為1～2 mm,細(xì)顆粒為不小于0.075 mm的黏粒)進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明土樣的動(dòng)強(qiáng)度并不是隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)單調(diào)增加的,當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%時(shí),動(dòng)強(qiáng)度最低,抗液化性能最弱;當(dāng)黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí),混合砂土的動(dòng)強(qiáng)度相對較高,抗液化性能較好。

由以上試驗(yàn)研究成果可知,不同類型的飽和砂土對黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的響應(yīng)基本一致,其動(dòng)強(qiáng)度隨黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大都表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢,使動(dòng)強(qiáng)度發(fā)生變化的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為9% ～20%。

2.2 塑性指數(shù)對飽和砂土液化特性的影響

除黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)外,塑性指數(shù)也是分析黏粒性質(zhì)的重要指標(biāo)。砂土中所含黏粒的塑性指數(shù)不同,黏粒對砂土液化特性的影響也可不同。Ghahremani等[30,35]分別對兩種黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的飽和砂土進(jìn)行了循環(huán)三軸試驗(yàn),研究黏粒的塑性指數(shù)對飽和砂土抗液化強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)塑性指數(shù)為19%～48%時(shí),不同黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度都隨黏粒塑性指數(shù)的增大而增大。

Sadek等[36]對黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、相對密度為60%的飽和砂土進(jìn)行了動(dòng)循環(huán)三軸試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明塑性指數(shù)對于含黏粒飽和砂土的液化特性影響是非單調(diào)的,存在一個(gè)臨界值,約為11%;當(dāng)塑性指數(shù)低于11%時(shí),含黏粒飽和砂土的動(dòng)強(qiáng)度隨塑性指數(shù)增大而減少;當(dāng)塑性指數(shù)超過11%以后,動(dòng)強(qiáng)度才隨塑性指數(shù)的增大而增大,且增幅較小,試驗(yàn)得出的抗液化強(qiáng)度曲線如圖2所示。

圖2 含黏粒飽和砂土的抗液化強(qiáng)度曲線

Park等[37]分別對黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的飽和松砂、中砂和密砂進(jìn)行了塑性指數(shù)與抗液化強(qiáng)度的相關(guān)性研究,指出不同密實(shí)度砂土的動(dòng)強(qiáng)度都隨黏粒塑性指數(shù)的增大而有不同程度的減小;但塑性指數(shù)的增大對松砂和中砂的動(dòng)強(qiáng)度影響較小,而對密砂的影響卻相當(dāng)顯著,隨塑性指數(shù)的增大,密砂的動(dòng)強(qiáng)度可降低40%。

由以上成果可知,塑性指數(shù)對飽和砂土液化特性的影響有著不可忽視的作用,但其對不同類型砂土的影響作用不盡相同,對砂土液化特性的影響機(jī)制仍有待進(jìn)一步深入研究。

3 研究展望

純砂與含細(xì)粒砂土的液化特性明顯不同,含粉粒砂土和含黏粒砂土的液化特性也有較大差別,以往基于純砂的液化特性研究理論并不完全適用于含細(xì)粒砂土。從現(xiàn)有成果分析,不同的研究者均以自己所用試驗(yàn)砂樣的試驗(yàn)成果為主要結(jié)論依據(jù),具有一定片面性和局限性。對細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的研究主要以國外學(xué)者居多,我國學(xué)者在這方面的研究相對較少,且研究的內(nèi)容較為單一。因此對含細(xì)粒砂土的液化特性研究仍顯得任重而道遠(yuǎn),以下幾個(gè)方面仍有待完善:

a.細(xì)粒效應(yīng)的微觀研究在國外巖土界已得到較多的重視[24-26,38],我國對于細(xì)粒的微觀研究關(guān)注較少,對含細(xì)粒飽和砂土的研究仍主要局限于細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和細(xì)粒種類等宏觀方面的影響,尚未進(jìn)一步深化到顆粒組成等微觀層面上。因此,有必要對含細(xì)粒飽和砂土的微觀結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行深入研究,考慮微觀機(jī)理的作用。

b.我國地域?qū)拸V,境內(nèi)分布的砂土類型較多、差異較大,圓粒、片狀、角粒等類型都有不同程度的分布,所以有必要建立起以國內(nèi)分布的砂土類型為依據(jù)的液化分析理論,可以按區(qū)域劃分,選擇代表性砂樣進(jìn)行研究,建立不同地區(qū)的液化判別標(biāo)準(zhǔn)體系,進(jìn)一步探討含細(xì)粒飽和砂土的細(xì)粒效應(yīng)和細(xì)粒作用,以更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐。

c.目前對飽和砂土液化特性的數(shù)值模擬主要基于均勻純砂試樣的試驗(yàn)結(jié)果,沒有涉及含細(xì)粒飽和砂土的液化特性分析,今后應(yīng)對含細(xì)粒飽和砂土的本構(gòu)模型進(jìn)行深入研究,建立適用于含細(xì)粒飽和砂土的本構(gòu)模型理論體系,以推動(dòng)含細(xì)粒砂土的數(shù)值模擬的研究發(fā)展。

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Review of liquefaction properties of saturated sands containing fines//

FENG Tugen1,2,QIAN Qiuying1,2,ZHANG Fuhai1,2
(1.Key Laboratory for Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resource,Hohai University,Nanjing 210098, China;2.Geotechnical Research Institute,Hohai University,Nanjing 210098,China)

In this review,we present the main researches on liquefaction characteristics of saturated sand containing silt or clay.The research results show that silt content,silt particle size and sand grain composition have a great impact on liquefaction characteristics of saturated sand containing silt.The liquefaction resistance of saturated sand containing silt may increase or decrease as silt content increases.In some cases,there might exist a limit silt content such that the dynamic strength of sand containing silt changes non-monotonously as the silt content increases.For sand-clay mixtures,the liquefaction resistance initially decreases as the clay content increases and then turn to increase as the clay content continues to increase.Liquefaction characteristics of clay sand greatly relate to plasticity index(PI)of clay particles.Sand in different grain composition situations may have different reactions to PI values of clay particles.

saturated sand;silt content;clay content;plasticity index;liquefaction characteristic;review

TU435

:A

:1006-7647(2014)04-0089-06

10.3880/j.issn.1006-7647.2014.04.019

2013-0704 編輯:周紅梅)

國家自然科學(xué)基金(51009054);教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(109077);江蘇省自然科學(xué)基金(BK2010513)

豐土根(1975—),男,浙江金華人,教授,博士,主要從事巖土工程研究。E-mail:tgfeng@163.com