饱和砂土液化的动三轴试验研究及颗粒流模拟

摘要

砂土的液化问题是目前岩土工程和地震工程中的热点问题，以往国内外学者在对砂土液化的研究过程中，研究对象大都是均一的纯净砂，这些砂在颗粒组成上不含或含极少量细颗粒成分(粒径小于0.075 mm)。而在自然界广泛分布着含细粒的砂性土或是砂质粉土等砂粉混合物，这种混合物中细颗粒对液化的发展有重要的影响，甚至影响到液化产生的机理。在研究手段方面，以往大都是采用室内试验或者室内试验与有限元模拟相结合的方法研究宏观层面上的砂土液化特性，一方面有限元模拟离散状的砂土就存在一定问题，另一方面对于微细观机理方面研究不足，而砂土的宏观力学特性最终要依赖细观机理来解释。
　　 本文首先通过室内动三轴试验研究了含细粒饱和砂土的液化特性，探讨了不同细粒含量对饱和砂土动孔压发展规律及抗液化强度的影响，得出了细粒含量在30％时砂土最容易液化的结论；然后通过设计改装C.K.C型多功能三轴仪，实现了动三轴试验的可视化，采用数字摄像技术和图像处理技术，直观拍摄了试验过程中颗粒的运动，探讨了饱和砂土液化前后的细观组构变化及颗粒运动规律；最后采用三维颗粒流方法对等应变幅加荷条件下饱和砂土不排水动三轴试验进行了数值模拟，探讨了应变幅值、固结应力比、围压对数值试样液化特性的影响，并分析液化过程中试样内部平均接触数和孔隙率的变化规律，与试验进行对比表明三维颗粒流数值模拟能定性地反映循环加荷条件下饱和砂土液化的一般规律，为进一步研究饱和砂土液化的细观机理奠定了基础。