海岸海床地基土孔隙水压力的拟合模式研究_柴洁

2 . 3 台山粗砂的孔隙水压力研究 针对台山地区粗砂的孔隙水压力, 采用 F inn 等建议的改进公式进行拟合 , 调整参数 式为 : u = 1 + 1 arcsin 1. 6 N 3 2 Nf
(2 )
-1
得到在
Байду номын сангаас
等向固 结 下, 即 K c = 1. 0, 台 山 粗砂 的 拟合 公
- 1 ( = 0. 185) ( 6)
R 在 0~ 1 之间 , 越靠近 1, 拟合效果越好。
2 试验结果与分析
2 . 1 曹妃甸细砂的孔隙水压力研究 ( 1) 等向固结。根据 Seed 等建议公式, 调整 参数 获得孔隙水压力的拟合公式为: (2 )-1 u = 2 arcsin N ( = 0. 575) 3 Nf
1 试验方法
按 土工试验规程 有关规定 , 固结围压分 别为 100、 200、 300 kPa 。试验方法如下 : 固结
水
电
能
源
科
学
2010 年
其拟合效果 R 2 值为 84% 并不理想, 见图 1 。
图3 Fig . 3 图1 Fig . 1 文献 [ 1] 细砂孔隙水压力拟合曲线 sa nd o f r ef e re nc e [ 1] Fit t ing curv e s o f po re pre ss ure in f ine
图8 Fig . 8
文献 [ 8] 粉土孔隙水压力拟合曲线 so il o f re fe re nce [ 8]
Fit t ing c urve s of po re pre s sure in s ilt y
3 结语
分析了我国东部沿海地区海岸海床地基土孔 隙水压力增长模型的特点及其规律, 提出了适用 于海岸海床地基土的孔隙水压力拟合公式 , 可供 实际工程参考。
2 2
。孔压应力模
型的特点是将孔隙水压力与所施加的动应力相结 合, 并常将孔隙水压力表达为振动次数的应力函 数。但缺陷是无法解释偏差应力发生卸荷时引起 孔隙水压力增长的重要现象, 即不能反映土的反 向减缩特性。孔隙水压力应变模式是将孔隙水压 力与排水时的体应变联系起来建立孔隙水压力增 长的基本方程 。近年来研究了不同类型土的 孔隙水压力拟合公式 , 包括粉质粘土与粉砂互层 土及粉细砂的振动孔隙水压力发展规律双曲线型 的关系 、 粉土的孔隙水压力发展趋势 、 将孔 [ 8] 隙水压力的上升规律类型 , 并提出了孔隙水压 力拟合曲线公式 。但对海岸海床地基土的孔隙 水压力模型研究尚不系统和全面。鉴此 , 本文研 究了不同类型的海岸海床地基土孔隙水压力增长 模式的特点, 基于前人的孔隙水压力拟合模型并 结合土体实际的孔隙水压力曲线模式 , 提出了适 用于海岸海床地基土的孔隙水压力拟合公式, 可 供实际工程参考。
初始剪应力不为零, 土粒骨架处于较稳定状态, 周 期荷载未必使大主应力反向, 变形速率和幅度均 有减小, 孔隙水压力上升减慢 , 便达不到围压值。 但孔隙水压力并不完全随固结比的增大而一直减 小, 当固结比增大至一定程度时, 孔隙水压力趋于 稳定甚至将减小[ 12, 13] 。 2 . 2 宁德细砂的孔隙水压力研究 宁德细砂在等向固结下的孔隙水压力曲线仍
图 7 文献 [ 8] 残积土孔隙水压力拟合曲线 Fig . 7 Fit t ing c urv es o f po re pr es sure in e luv ia l so il o f re fe re nce [ 8]
2
拟合效果 R 值在 92% 以上 ( 图 8) 。由图可 知, 粉土在破坏时的孔隙水压力也未达到围压, 其 原因同上述粗砂情况。
2
( 2) 偏压固结。根据 F inn 等对偏压固结下拟 合曲线的建议, 调整参数 得到的拟合公式为 : ( 2 )- 1 u = 1 + 1 arcsin 1. 85 N - 1 ( = 0. 5) 3 Nf 2 ( 3) 拟合效果 R 2 值在 90% 以上, 见图 3。但拟合 曲线并不 能与孔 隙水压 力点 的趋势 相吻合 , 观 察其特点本文提出 应用三角函数拟合公式进行 拟合 : u
[ 9] [ 5] [ 6, 7] [ 3, 4]
乘法求拟合度 R 2 , 对一组数据: ( x 1, y 1 ) , ( x 2, y 2) , ( i= 1, 2 , , n)
拟合 公 式 为 : f ( x i ) ; Y = [ f (xi) - yi] ; S =
2 2
( y i - Y) ; R = 1- A / S
(2 )
-1
( = 1. 75)
Fig . 4
图 4 本文细砂孔 隙水压力拟合曲线 Fit t ing curv e s o f po re pre ss ure in f ine sand by aut ho r
( 2) 2 则数据与拟合曲线的 R 值在 91% 以上, 拟合 效果较好 , 见图 2 。
图6 固结比 K c 1. 0 时粗砂孔隙水压力拟合曲线 1. 0
参考文献 :
[ 1] Seed H B, M artin P P , Ly smer J. T he Generation and Dissipation of Por e W ater Pressure Dur ing So il L iquefactio n[ R] . U . S. A : Ear thquake Eng ineering Research Center , U niver sity o f Califor nia at Berke ley , 1975. [ 2] Finn W D L, L ee K W, M ar tin G R. A n Effectiv e Stress M odel for L iquefaction [ J ] . 103( GT 6) : 517 - 533. [ 3] [ 4] 谢定义 . 土 动力学[ M ] . 西安 : 西安交通大学出版社 , 1988. 徐志英 , 沈珠 江 . 地 震液 化的 有效 应力 二维 动力 分 析方法 [ J] . 河海 大学学报 ( 自然科 学版 ) , 1981( 3) : 1 - 14. [ 5] 陈国兴 , 刘雪 珠 . 南 京粉 质黏 土与 粉砂 互层 土及 粉 细砂的振动孔压发 展规律 研究 [ J] . 岩 土工程 学报 , 2004, 26( 1) : 79 - 82. [ 6] 于濓洪 , 王波 . 饱和 粉土 振动 孔隙 水压 力的 试验 研 究 [ J] . 大连大学学报 , 1999, 20( 4) : 59 - 62. Journal o f Geo technical Engineer ing D ivision, A SCE, 1977,
比 K c = 1. 0。试样饱和后 , 对试样施加等向固结 压力 , 当固结排水量达到稳定后视为已固结 ; 固结 完成后, 关闭排水阀。在等向固结压力和不排水 情况下, 对试样轴向施加某一动应力幅的循环荷 载。当轴向应变全幅达 5% 或孔隙水压力达到固 结压力视为试样破坏。 K c = 1. 5 1( 非等向固 结) 。试样饱和后 , 对试样施加等向固结压力 , 当 固结排水量达到稳定后 , 进一步给试样施加轴向 应力 , 当固结排水量达到稳定和孔隙水压力完全 消散后, 视为试样非等向固结已固结完成; 固结完 成后 , 关闭排水阀。在非等向固结压力和不排水 工况下, 对试样轴向施加某一动应力幅的循环荷 载。当残余变形与弹性变形之和达 10% 视为试 样破坏。 拟合效果算法。利用 M at lab 最小二 , ( x i , yi ) , , ( x n, y n) y / n; A =
其拟合效果 R 值在 97% 以上, 好于前者( 图 4) 。 通过与等向固结下的孔隙水压力曲线比较, 偏压固结下的孔隙水 压力在破坏时 达不到围压 值, 仅能达到 0. 7~ 0. 8 围压之间。其原因与初始 剪应力有关, 在等向固结下, 土体的初始剪应力为 零, 土粒骨架处于平衡状态, 当周期荷载作用于土 体上使其大主应力方向发生偏转, 土粒骨架就易 滑动 , 孔隙水压力也较易升高。但在偏压固结下,
第 28 卷第 10 期 2 01 0 年 1 0 月 文章编号 : 1000 - 7709( 2010) 10 - 0077 - 04
水 电 能 源 科 学 Wat er Resources and Po wer
V ol. 28 N o. 10 Oct. 2 0 1 0
海岸海床地基土孔隙水压力的拟合模式研究
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图 5 文献 [ 11] 宁德细砂孔隙水 压力拟合曲线 Fig . 5 Fit t ing c ur ve s of po re pre s sure in f ine s and in Ning de of re f er enc e [ 11]
=
sin
N Nf
2
( = 0. 78, = 1. 34) ( 4)
当地基遭受地震、 波浪等外界作用时易造成 海岸海床砂性和粘性地基土液化, 即在振动作用 下土体产生孔隙水压力将直接危及建筑物及其地 基的安全。目前, 已有多种考虑不同因素的孔隙 水压力计算模型, 较有代表性的是 Seed 应力模型 和 Mart in - F inn - Seed 应变模型
[ 1, 2]
柴 洁 赵 阳 许春雷
( 大连理工大学 建设工程学 部水利工程学院 , 辽宁 大连 116024) 摘要 : 针对土体在振动作用下产生孔隙水压力将 直接危及建筑物及其地基的安全稳定 , 基于我 国东部沿 海地 区砂土 、 粉土 、 残积土等海岸海床地基土的 动三轴 试验资 料 , 研 究了不 同类型 地基土的 孔压拟 合公式 及其 特 性 , 研究结果可供实际工程参考 。 关键词 : 海岸海床 ; 地土基 ; 孔隙水压力 ; 砂土 ; 粉土 ; 残积土 中图分类号 : T V16; T U 44 文献标志码 : A