沉积成层饱和粉土质砂土液化后变形与强度特性宏细观研究

通过DDS动三轴仪、扫描电镜和数值模拟对沉积成层饱和粉土质砂土进行液化后变形与强度特性宏细观研究。主要研究内容包括：（1）进行沉积成层粉土质砂土液化后变形特性试验，分析沉积成层粉土质砂土液化后的变形与强度特性，建立能够真实反映沉积成层粉土质砂土液化后变形与强度特性的本构模型。（2）基于离散元理论，建立沉积成层粉土质砂土细观数值模型，利用颗粒流与流体力学耦合的方法，对PFC计算软件流-固耦合分析模块进行二次开发，从宏-细观两方面分析沉积成层粉土质砂土液化后变形与强度特性。（3）利用扫描电镜对压缩试验后的土样进行切片扫描，分析土样的细观组构特征，验证细观数值模拟结果的可靠性。本项目的开展不仅能够为砂土液化后变形与强度特性的研究提供新思路，提升人们对沉积成层粉土质砂土液化后变形与强度特性这一重要课题的新认识，而且还能为砂沸、液化后大变形等现场液化宏观现象提供细观力学解释。

地基土液化主要发生在松散的砂质水力回填土区、河或海岸线附近自然沉积的冲积层和河漫滩或冲积平原上。这种土层特别是水力冲填形成的砂土层，大都为具有一定分选性的层状结构，使得其有别于纯净均匀砂土的力学特性。有研究结果表明：饱和松散的水力冲填土差不多总会液化。目前，无论是试验研究还是理论分析大多是基于相对均匀砂层液化和液化后宏观现象的描述，而直接针对具有层状结构的粉土质砂液化和液化后变形特性的研究很少，特别是缺乏对其细观力学机理进行深入系统的研究。本项目采用自然沉积法进行制样，通过动三轴仪研究饱和粉土质砂的液化后变形特性机理，通过显微镜分析土样细观结构变化特征。利用PFC程序，探讨层状结构对饱和粉土质砂液化后变形特性影响的细观机理。.设计加工试样制备箱和与之相配套的漏砂装置，并利用该设备制备了具有层状结构的粉土质砂，为了分析层状结构对土体液化后变形特性的影响，还制备了大小颗粒均匀混合的重塑样。进行了重塑样和层状样的液化后变形特性试验研究，研究认为在不同固结压力下施加循环荷载，循环荷载将引起不同的变形，有的既有弹性变形，也有塑性变形即动残余变形，而有的只有弹性变形而没有动残余变形，动残余变形的存在与否影响着土样液化后具有不同的应力应变关系模式。利用显微镜拍摄粉土质砂分别在固结状态、液化时和液化后静剪切破坏时的图片，分析层状结构对不同状态时粉土质砂的细观组构变化规律的影响，研究认为由于层状样是在颗粒自重的作用下自然沉积而成，表现出较强的定向性，以水平方向为主；层状样的孔隙度较小，重塑样的孔隙度较大，三轴剪切试验由于剪切在水平方向进行，且沿着整个试样高度，没有固定的剪切面，故使试样孔隙度变大，孔隙性状大致接近长条形，但重塑样的孔隙性状较层状样更接近扁圆形，故强度较低。利用PFC程序，从细观角度探讨了层状结构对粉土质砂液化后变形特性的影响规律。数值试验能够较好地实现循环加载条件及其后的单调荷载的施加和液化及液化后大变形的研究，无论在宏观上还是细观的角度都能够反映层状结构对试样液化特性及液化后变形特性的影响，层状结构使土样具有更强的各向异性，液化后试样的平均接触力相对较小，表现在宏观上层状结构使试样更易发生液化现象，而且液化后试样的抗剪强度相对较低，剪切模量相对较小。.该研究工作不仅能够为砂土液化研究提供新思路，也能够提升人们对沉积成层粉土质砂液化后变形特性这一重要课题的新认识。