砂土液化后大变形的机理_张建民

第28卷 第7期 岩 土 工 程 学 报 Vol.28 No.7 2006年 7月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering July 2006

砂土液化后大变形的机理

张建民1，2，王 刚3

（1.清华大学土木水利学院，北京 100084；2.清华大学水沙科学与水利水电国家重点实验室，北京 100084；3.二滩水电开发有

限责任公司，四川 成都 610021）

摘要：基于试验观察和机理分析，揭示了不排水往返加载条件下饱和砂土初始液化后的剪切大应变和三个体积应变分量(有效球应力变化引起的体变、可逆性剪切体变和不可逆性剪切体变)之间的内在联系，阐明了三个体积应变分量的组合变化规律控制了饱和砂土液化后大变形的产生和发展，界定了液化后循环剪切大变形过程中交替出现的三种物态（摩擦接触状态、临界接触状态和悬浮状态）及其产生条件，解释了液化后流滑和再固结体变形成的机理，给出了一个物理概念明确并具有普遍性的建立液化后大变形弹塑性本构模型的合理途径。

关键词：砂土；液化，液化后变形；循环加载

中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)07–0835–06

作者简介：张建民(1960–)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程的教学、科研与咨询工作。

Mechanism of large post-liquefaction deformation in saturated sand

ZHANG Jian-min1, WANG Gang2

(1. School of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. Laboratory of Hydro-Sciences and Engineering, Tsinghua

University, Beijing 100084, China; 3. Ertan Hydropower Development Co., Ltd, Chengdu 610021, China) Abstract: Based on experimental observations and cause analysis of formation, an intrinsic relationship was revealed between the large post-liquefaction shear deformation of saturated sand under undrained cyclic loading and three types of volumetric strain components (i.e., a reversible component due to dilatancy, an irreversible component due to dilatancy and a component due to change in mean effective stress). It was found that the development of the large post-liquefaction shear deformation is governed by coupling variation of the three volumetric strain components and is accompanied with three physical states of soil particles (i.e., the frictional contact state, the critical contact state and the suspension state) that appear alternately. The above new knowledge provides a rational explanation why unstable flow slides and large reconsolidation deformation may take place after the initial liquefaction and also a rational approach to the establishment of an elasto-plastic constitutive model used to describe the large post-liquefaction deformation.

Key words: sand; liquefaction; post-liquefaction deformation; cyclic loading

0 前 言

已有震害调查表明，饱和砂土地层液化引起的地基大变形（侧向变形和沉降）是导致强震区各种基础设施和生命线工程震害的主要原因。评价地震液化引起的地基大变形的关键在于揭示循环荷载作用下饱和砂土液化后应力应变响应的规律。Seed等[1]把不排水循环剪切试验中有效应力第一次为0的状态称为“初始液化”，从而将液化过程分为“液化前（初始液化前）”和“液化后（初始液化后）”两个阶段。以往关于饱和砂土液化问题的绝大多数研究都集中在“初始液化”的产生条件、影响因素、评判准则以及液化前的应力应变响应，对于液化后的应力应变响应的研究则相对较少[2-4]，特别是对饱和砂土液化后大变形产生机理的深入研究则更少，迄今为止提出的绝大多数砂土的循环本构模型均不能够模拟液化后的应力应变响应。

Shamoto和张建民等[5]提出了饱和砂土液化后大变形的一种机理解释，并据此建立了描述饱和砂土液化后不排水单调剪切大变形的本构模型，发展了一套相对比较完整的可统一预测液化后地面侧向变形和竖向沉降的实用方法（Shamoto和张建民等[8-10]）。张建民和王刚[7]根据该液化后大变形的机理在Ramberg-Osgood模型的基础上建立了一个能够统一

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基金项目：国家自然科学基金资助项目（50478016）；北京市自然科学基金重点资助项目（8061003）

收稿日期: 2005–03–07