砂砾土液化的宏细观机理及判别与评价方法研究

通过砂砾土液化特性大直径静动三轴试验、小型振动台模型地基液化前/后的横向剪切试验、密云水库白河主坝为原型的大型振动台模型试验，研究砂砾土液化宏细观机理，提出砂砾土渐进破坏过程的细观结构动态变化和颗粒接触状态量测方法，引入非液化粒径概念，建立砂砾土细观层面非液化粒径和动态有效孔隙比与宏观层面液化强度和孔压的定量关系，建立反映砂砾土液化强度和变形特性的细观本构模型，提出基于颗粒流原理的砂砾土液化效应分析法，综合砂砾土液化特性大直径动三轴试验与数值仿真试验，验证砂砾土液化细观机理；研究砂砾土宏细观液化标准和判据，建立宏细观指标间的对应关系，提出砂砾土宏细观液化判别方法；建立砂砾土液化后残余强度经验模型，提出基于Newmark滑块法原理的砂砾土坝(边)坡液化滑移分析方法，通过唐山地震白河主坝砂砾料液化滑移分析予以验证。该成果将深化砂砾土液化机理的认识，为砂砾土液化判别与液化效应评价提供新的思路。

对最近25年国内外8次大地震中抗液化地基处理成功案例进行了评价，该成果可为我国重大工程建设场地液化评价与抗液化地基处理提供了有益的经验依据。回顾了1989～2011期间国内外8次大地震中的液化实例调查，发现了这些地震液化现象中的一些新特点，提出了新的含细粒低塑性土体易液化性的评价准则；搜集的地国内液化案例资料包括：标贯试验场地资料33次地震、385个场地和剪切波速试验场地资料49次地震、618个场地；对现有以标贯为依据的液化临界曲线进行了修正，提出以标贯试验和地表峰值加速度PGA为依据的地震液化概率评估方法，建议了在实际应用中综合使用确定性及概率性的评估方法；依据同样的方法，利用最新资料对以剪切波速为依据的液化临界曲线进行了修正，提出以剪切波速VS和PGA为依据的地震液化确定性及概率判别方法。新方法以丰富的现场液化数据为依据，具有广泛的应用前景。开展了一系列砂砾土的循环三轴试验，采用二元聚集模型理论，研究了饱和砂砾土的破坏机理与动强度特征，对饱和砂砾土动强度的规准化方法量化方法进行了分析，提出了具有唯一性的规准化动强度曲线；研究了含砾量、相对密度、颗粒形态、砂砾矿物成分、围压和固结应力比、循环加载频率等因素对砂砾土动剪切模量和阻尼比的影响，给出了小应变动剪切模量、动剪切模量比和阻尼比随剪应变增长的唯一性规准化曲线表达式；研究了饱和砂砾土的动残余变形特性，建立了一个新的饱和砂砾土动残余变形模型；开展了砂砾土抗液化强度的小型土箱振动台试验研究，发现含砾量和相对密度对饱和砂砾土其抗液化强度均有明显影响。基于循环三轴试验，研究了饱和细砂的固-液相变特征，发现饱和砂土的流动性随孔压比增长而增强；研究了基于流动性的饱和砂砾土液化机理，定义了反应饱和砂砾土流动性的平均流动系数和流动性水平，发现相对密度越大、含砾量越大，饱和砂砾土的流动性水平越低。基于大型振动台试验，研究了砂土液化前的流体特性，依据表观速度和应变率的相关性，饱和砂土液化前具有幂率“剪切稀化”非牛顿流体特性。基于液后单调加载试验，液化后的饱和砂土流体特性具有率相关性，其流体模型可用时相关和时无关的复合抗力模型表示。进行了一系列耦合不排水循环剪切试验，分析了动初始主应力方向角对饱和粉砂不排水动力特性的影响；开展了初始剪应力和循环剪应力共同作用下饱和粉土循环三轴试验，研究了有效应力路径对饱和粉土液化特性的影响规律。