强震作用下边坡液化流滑流体力学机理及预测方法研究

Study on flow slide of slop due to liquefaction under strong earthquake is one of the important topics in research geotechnical earthquake engineering. This research project analyzes the fluid mechanics mechanism and prediction method of flow slide of slope due to liquefaction based on fluid mechanics, through shaking table test, dynamic triaxial test and numerical simulation. Firstly, the project analyzes the liquidity level when the flow slide starts and ends, and put forward the fluid mechanics mechanism of flow slide of slope due to liquefaction, through the small small shaking table test and the dynamic triaxial test. Secondly, considering the post-liquefaction sand as a fluid, to study the fluid behavior of the the post-liquefaction sand and present a fluid constitutive model to describe the fluid behavior. Finally, using the fluid constitutive model to present a fluid mechanics method for analyzing the flow slide of the slope and using the shaking table test and the centrifuge test data to verify and improve the method. The project provides a more systematic, comprehensive and scientific theoretical and experimental basis for analyzing and forecasting the flow slide of slope due to sand liquefaction.

强地震动作用下砂土边坡液化流滑问题是岩土工程抗震领域的重点之一。本项目采用流体力学方法，以砂土边坡为研究对象，综合采用振动台试验，动三轴试验，数值计算对边坡液化流滑的流体力学机理和预测方法开展深入研究和探讨。首先，通过边坡流滑的小型振动台试验和饱和砂土液化特性的动三轴试验，提出边坡液化流滑触发和终止流动性水平，揭示边坡液化流滑的流体力学机理；其次，开展小型振动台拖管试验和饱和砂土液化后加载试验，对饱和砂土液化后流体特性进行分析，建立液化后砂土的流体本构模型；最后，以流体本构模型为基础建立边坡液化流滑的流体力学分析方法，并辅以振动台试验和离心机试验资料进行分析方法的验证和完善。本项目对砂土边坡液化流滑的分析和预测提供更加系统、全面、科学的理论依据和实验基础。

强地震动作用下砂土边坡液化流滑问题是岩土工程抗震领域的重点之一。本项目将液化后砂土视为流体，研究了液化倾斜边坡的流动变形特性和机理以及液化倾斜场地中桩基的动力响应机制，并通过橡胶颗粒改良饱和砂土提高其抗液化性能，降低液化流滑风险。.基于边界层理论研发设计液化后砂土流体特性测量装置，该装置可有效测试液化后砂土的流体特性，通过室内试验研究了液化后砂土的流体特性，表明液化砂土流体特性具有孔压相关性和率相关性，揭示了液化后砂土具有剪切稀化非牛顿流体特征；广泛对地震滑坡资料进行分析，结果表明可液化土层在强震作用下孔隙水压力上升，有效应力降低是引发液化流滑的根本机理；开展了可液化倾斜场地-桥梁桩基振动台试验，探讨了可液化场地的超孔隙水压力、加速度、以及桩基结构的动应变和动土压力反应特征，分析了边坡流滑变形特征随孔压发展展示出的阶段性特性，揭示了场地宏观动力响应受到土层液化程度及土层惯性的共同影响，土层足够的液化势与土层惯性的耦合作用是造成倾斜场地液化流滑的内在机理，并研究了场地流滑及流滑推桩的动力响应规律，揭示了动载作用下流滑推桩破坏机制；基于流体力学方法，将液化后砂土视为流体，提出了液化边坡流动变形及其流滑推桩的计算方法；研究橡胶颗粒改良饱和砂土，分析了饱和橡胶砂混合土动强度特性、孔压特性及颗粒迁移特性，考虑橡胶含量的影响得到了归一化混合土液化强度曲线，考虑循环应力比和橡胶含量对混合土动孔压比发展的影响，建立动孔压比发展模型，试验发现高橡胶含量，高应力比时橡胶砂混合土在液化过程中橡胶颗粒向试样顶部迁移集聚，基于颗粒细观接触和颗粒运动状态揭示了橡胶颗粒迁移机理。.研究成果为液化边坡的流动变形研究提供理论依据和实验基础，将有助于提高地震液化区工程结构防灾总体水平，减少和降低边坡液化流滑破坏引起的灾害性后果，增加工程安全性和经济性。