程志良Z13060399.docVIP

饱和砂土及粉土的振动孔隙水压力增长的实用算法 程志良 （中国石油大学（华东）储建学院土木工程系，山东 青岛266555） 提要 本文对国内现有的一些振动孔隙水压力增长的计算模式进行总结，包括对不规则荷载作用、不同应力-应变条件、不同动荷载作用强度、部分排水条件、静动孔压耦合作用以及有起始静孔压存在等情况下饱和砂土振动孔隙水压力的计算问题进行了探讨，并对不同人提出的几种特殊粉土的振动孔隙水压力的计算模式进行了汇总。 1 引言 目前，国内外已提出了20多个有代表性的饱和砂土振动孔隙水压力计算模式，这些均建立于规则荷载作用下特定室内试验基础上的计算模式。在我国，有张建民等提出，对不规则荷载作用、不同应力-应变条件、不同动荷载作用强度、部分排水条件、静动孔压耦合作用以及有起始静孔压存在等情况下饱和砂土振动孔隙水压力的计算问题进行了探讨，有赵慧提出的对不同破坏标准的云南粉土振动孔隙水压力发展过程分析，并有王小花提出的黄河三角洲饱和粉土的双曲线型振动孔压上升模型等具有代表性的粉土的孔压增长模型。 2 砂土的孔压增长模型 规则荷载作用下的砂土孔隙水压力模型都是采用反正弦模型，其中影响最为广泛的是Seed等人利用不排水试验测得砂土的孔压比与振次关系曲线而提出的Seed孔压模型[1]。 （1） 为与土的类别以及试验条件有关的经验常数，多数情况下可以取。 2.1 不规则荷载作用下的孔压增长计算 由于土的密度、固结应力比以及动荷载作用强度等因素的影响，孔压的增长类型不同。孔隙水压力的变化曲线有图1所示的几种变化形态，张建民等把其分为A型、B型和C型，并给出不规则荷载作用条件下这三种变化形态的建议计算模式[2]。 （2） 式中：、、为计算参数；为界限孔隙水压力，它是地震中孔压增长的最大值；为与对应的振动持续时间；为完全不排水条件动荷载作用下砂土的孔隙水压力。模式中计算参数可参见图2。 图1 图2 2.2 不同应力-应变条件下的孔压计算 为了定量描述影响孔隙水压力增长的因素，如：土的密度、实际的应力应变条件、动荷载作用强度以及取值标准等，张建民等引入两个参数：应力-应变条件系数和动荷载作用强度系数[2]，并令 （3） 式中：为土的起始有效球应力状态，对振动三轴试验条件，；对振动单剪试验条件，，其中和分别为试样的大小有效固结主应力； 对振动三轴试验的应力-应变条件： 对振动单剪试验的应力-应变条件：；其中为固结应力比。 2.3 不同动荷载作用强度条件下的孔压计算 动荷载作用强度可以用振幅、频率和持续时间三要素来度量[2]。建立了和的双曲线计算模型，可表述为 与前面一种计算模式结合整理，最终得出 （4） 式中：，其中； ，这两者是试验参数，其大小与土的密度、固结应力状态、地震波形态及作用时间有关。 2.4 部分排水条件下的孔压计算 通过建立微分方程，给出了在图3所示的定解条件下一个较为一般的解析解。其中孔压计算模式 或 图3 解析解 （5） 只要选定了孔压计算模型的具体表达式，就可求出具体的解答[2]。 2.5 静动孔压耦合条件下的振动孔压计算 （一）不排水条件下静荷载与动荷载组合作用引起的动孔压计算 由静荷载变化或引起的孔隙水压力可通过下式计算[2] 式中：为复杂应力条件下的孔隙水压力系数。 与上述微分方程结合，可推出动孔压计算公式 （6） （二）部分排水条件下静动孔压耦合变化规律 由上述微分方程初值定解条件，可得出计算具有孔压场条件下振动过程中孔隙水压力形成与消散的解析公式[2] （7） 上式中可用对时间的导数式来取代。 3 特殊粉土的孔压增长模型 3.1 黄河三角洲饱和地基土的孔压增长计算 大量文献和试验表明，在循环荷载作用下，粉土的孔隙水压力增长模型应该为双曲线模型。王小花提出如下的孔压上升的归一化双曲线模型[1]。 （8） 式中：为孔隙水压力，为有效应力，即循环次数与液化循环次数的比值，为经验常数。 3.2 云南粉土的振动孔压增长计算 赵慧等人经过数据回归发现，采用以下模型能较好地拟合等压固结条件下云南粉土的振动孔压增长过程[3]。 （9） 式中：为试验参数，与试验条件，如动应力大小，围压等有关。 3.3 饱和粉土的振动孔压增长计算 何丽梅等人提出了计算平均振动孔隙水压力的应力模型[4]。 在土体均等固结时表示为