不同細顆粒摻量對飽和砂土的動強度試驗研究★

陳丹丹 晏云濤 錢玉林 祝 捷

(1.揚州大學建筑與工程學院，江蘇 揚州 225000; 2.中國建筑第八工程局有限公司,上海 200000)

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·巖土工程·地基基礎·

不同細顆粒摻量對飽和砂土的動強度試驗研究★

陳丹丹1晏云濤1錢玉林1祝 捷2

(1.揚州大學建筑與工程學院，江蘇 揚州 225000; 2.中國建筑第八工程局有限公司,上海 200000)

選取揚州飽和砂土，通過摻入不同細顆粒含量，對其液化性質進行了研究，并利用動三軸儀，分別探討了在不同細粒含量與不同固結比的情況下，摻細粒砂土的動強度的變化趨勢，得出了一些有意義的結論。

飽和砂土，摻合量，動強度

0 引言

液化是指飽和砂土在地震的短暫時間內，孔隙水壓力驟然上升，并來不及消散，有效應力降低至零，土體呈現出近乎液體的狀態，承載能力完全喪失。土，特別是飽和松散砂土，在地震、打樁、爆炸、機械振動等引起的振動力的作用下，均可引起土的振動液化。本文從不同摻細粒方法探究了飽和砂土動強度(液化)的特性。

劉雪珠等[1]通過對不同粘粒含量的南京粉細砂進行液化試驗,結果顯示粘粒含量對南京粉細砂的抗液化強度影響很大，當粘粒含量ρc=10%的時候，動強度最低。曾長女[2]利用動三軸儀進行了液化試驗，研究細粒含量對動強度的影響。粉土樣的粘粒含量變化為3%，6%，9%，12%，15%，粉粒含量變化為50%，60%，70%，80%。試驗結果表明，不僅干密度影響動強度，粘粒含量和粉粒含量變化對動強度影響也較大。Georgiannou等[3]做了含高嶺土的粘土砂的三軸拉伸與壓縮試驗，研究結果表明，與純凈砂相比，含粘粒的砂土表現出了更加不穩定的物理性狀。Puri[4，5]在粉土中加入少量粘土，采用該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對抗液化強度的影響分析，得出粉粒大于30%時動剪應力比大幅度增加。

本文對揚州市邗江區槐泗鎮的土樣顆粒進行了風干、擊碎、過篩試驗。利用動三軸儀研究了以下幾個問題：1)在固結比Kc=1的條件下，當細粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的時候，摻細粒砂土的動強度的變化趨勢；2)在Kc=1.5的條件下，當細粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的時候，摻細粒砂土的動強度的變化趨勢。

1 儀器介紹和土樣制備

1.1 儀器介紹

本文選用揚州大學DDS-70微機控制電磁式振動三軸試驗儀進行實驗(見圖1)。動三軸試驗是室內進行土的動態特性時較普遍采用的一種方法。該儀器由三軸室、激振器、電器控制柜、靜壓控制柜、微機系統等主要部分組成。

1.2 土樣制備

土樣取自揚州市邗江區槐泗鎮。本次實驗采用重塑土，按《土工試驗方法標準》的規定制樣，采用真空抽氣加水飽和，使飽和度Sr>95%，認為土樣達到飽和。動三軸試樣見圖2。

2 動三軸試驗結果及分析

本文研究在圍壓為100 kPa，150 kPa，200 kPa的條件下和固結比Kc=1與Kc=1.5的條件下，對細粒含量為21%，23%，25%，27%，29%這五種混合摻細粒的試樣進行動強度試驗。

本次試驗液化標準采用應變標準，即雙幅軸向應變為5%時認為土樣發生液化。在試樣達到初始液化標準后即停止動荷載的施加，試驗記錄也隨之停止。在每種圍壓下使用3個～4個土樣進行試驗，以τd=σd/2(σd為動應力幅值)為縱坐標，以破壞循環振動次數Nf的對數為橫坐標。繪制不同有效固結應力下動剪應力和破壞循環振動次數的關系曲線，即土體液化強度破壞曲線。

1)Kc=1.0的條件下，混合摻細粒試樣的試驗結果及分析。

由圖3～圖7可見：動強度值隨著振幅周次的增加而不斷降低，呈現出不斷減小的趨勢。在固結比Kc=1.0的條件之下，對于細粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的混合摻細粒砂土試樣，其動強度在細粒含量為21%和29%的時候最高。細粒含量在21%～25%時動強度呈現出單調遞減，細粒含量在25%～29%時動強度呈現出單調遞增。在細粒含量為25%時動強度處于最低值，呈現了倒置“拋物線”的趨勢。

如圖8所示，在三種不同的圍壓下，細粒含量在25%的時候砂土的動剪應力值均為最低。不同的細粒含量對飽和砂土動強度所產生的影響不一樣。當細粒含量在21%～25%時，砂土的動強度越來越低。這是因為細粒起到了“潤滑”的作用，有利于液化現象的發生。當細粒含量在25%～29%時，砂土的動強度越來越高。這是因為細粒所起的作用是阻礙液化現象的發生。在相同細粒含量的基礎上，圍壓每增大50 kPa，動強度大約增加10 kPa～15 kPa。從試驗結果可以看出，動強度隨圍壓的增大而增大，增大圍壓能夠提高飽和摻細粒砂土的動強度。通過縱向對比發現，在相同的圍壓下，當細粒含量在21%～25%時，土樣的動強度下降約為5 kPa～10 kPa。當細粒含量在25%～29%時，土樣的動強度上升約為5 kPa～10 kPa。

2)Kc=1.5的條件下，混合摻細粒試樣的試驗結果及分析。

由圖9～圖13可見：動剪應力值隨著振幅周次的增加而不斷減小。在固結比Kc=1.5的條件之下，對于細粒含量為21%，23%，25%，27%，29%的混合摻細粒砂土試樣，其動強度在細粒含量為21%和29%的時候最高。在細粒含量為21%～25%時呈現出單調遞減，在相同圍壓與不同細粒含量的條件下，動強度每次減少10 kPa～20 kPa。在細粒含量為25%～29%時呈現出單調遞增，在相同圍壓與不同細粒含量的條件下，動強度每次增加10 kPa～20 kPa。在細粒含量為25%時動強度處于最低值。這就說明不同的細粒含量對砂土動強度所產生的影響不一樣，并且與固結比Kc=1的時候的趨勢保持一致。當細粒含量在21%～25%時，砂顆粒起到了主導作用，細粒主要“儲存”在砂顆粒之間的孔隙之內，在循環荷載的作用之下，細粒發揮出“潤滑”作用，降低了砂顆粒之間的摩擦力，所以導致砂土的動強度越來越低。這是因為細粒起到了潤滑的作用，有利于液化現象的發生。當細粒含量在25%～29%時，砂土的動強度越來越高。這是因為細粒所起的作用是阻礙液化現象的發生。

3)Kc=1.0和Kc=1.5動強度曲線圖進行縱向對比分析。

將Kc=1.0和Kc=1.5這兩種固結比之下的動強度曲線圖進行縱向對比?？梢缘贸鼋Y論，在相同細粒含量和相同圍壓的情況之下，當固結比介于1.0與1.5之間的時候，隨著固結比的增加，砂土的動強度也線性增加，增加的幅度大概為23%～26%。

3 結語

本文利用動三軸儀研究了不同固結比情況下混合摻細粒飽和砂土動強度的變化規律。通過以上的研究，得出了如下的結論：

1)在Kc=1.0的條件之下，對于混合摻細粒砂土試樣，其動強度在細粒含量為21%和29%的時候最高。細粒含量在21%～25%時動強度呈現出單調遞減，細粒含量在25%～29%時動強度呈現出單調遞增，在細粒含量為25%時動強度處于最低值，呈現了倒置“拋物線”趨勢。在相同細粒含量的基礎上，圍壓每增大50 kPa，動強度大約增加10 kPa～15 kPa。

2)在Kc=1.5的條件下，與固結比Kc=1.0時的趨勢保持一致。當細粒含量在21%～25%時，導致砂土的動強度越來越低。當細粒含量在25%～29%時，砂土的動強度越來越高。

[1] 劉雪珠，陳國興.粘粒含量對南京粉細砂液化影響的試驗研究[J].地震工程與工程振動，2003,23(3):151-155.

[2] 曾長女.細粒含量對粉土液化及液化后影響的試驗研究[D].南京：河海大學,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★：國家自然科學基金資助項目(項目編號：51278446)；青年基金(項目編號：50908198)

陳丹丹(1989- )，女，在讀碩士

1009-6825(2016)16-0059-03

TU411

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