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饱和砂土振动孔隙水压力消长的试验模拟 张建民 刘公社 (陡西机械学 ) (能源郎西北勘测设计院) 摘要 本 文 基 于 动荷作用下饱和砂土孔 隙水压 力瞬态更他机理的认识，将土 力学 申著名 的太沙基 固结理论与传递孔压芰亿机理分析相结合，建立 了描述动荷作用条件下饱和砂体 内 孔隙水压力扩袭)散 的计算模型，并着重通过能够较为各理地模拟传递孔压殳化机理 的实验 方法，测超 出了不 同实用条件下模型拳数 的变化规律。 主 题词 砂土 孔 隙水压 力 振 动试验 模扭 地震引起的土体动力失稳，特别是砂土液化，往往会造成建筑物的严重破坏。因此，对 饱和砂土动力失稳的评价，引起了人们极大关注。近十几年来 ，随着饱和土体的动力分析方法 由总直力分析法闽有效应力分析方法的过渡 ，槿应地对饱和砂土存动荷载作 嗣下引起 的孔 隙 水压力发展变化规律的研究愈显重要。谢定义和张建民将动荷载下饱和砂土基本物态的变化 规律与孔隙水 力的变化规律紧密结合，揭示了振动孔隙水压力瞬态 波动发胜变化的 内在极 理和原因，为进一步台理地解释与定量描述震动孔潦水压力发展变化过程开辟了一条新的途 径 ， 。 本文将土力 ；中著名的太沙基固结理论与传递孔压变化机理分析相结合，建立了描述动 荷作用条件下饱和砂土中孔隙水压力扩散捎散的计算模型。并着重通过能够较为合理地模拟 传递孔压变化机理的试验方法，测定了不同实用条件下模型参量的变化规律 。 I 理论基础 在饱和砂体中取一微小单元，其中心点坐标是X，Y，z，沿着 )，‘z座标方阿的渗透流 速分别为y ，y，，y 见图l。 假设土是完全 池和的，孔隙永与土粒本身的压缩量是可 以忽略不计的，孔 水的渗流符 台达西定律，则可以建立流体的连续性方程 (一爱)+喜一(争 嚣)+啬 (一 ，)： ㈤ 式中：K 、K 、K一一x、y、 方 向渗透系数 rw一一水 的容重 ￡v一一体积应变，以体积减少为正 一 ， ， 一面 ，aY，睾≥一一一一、、yy、、方方I问目的的孔孔压压坡坡降降 根据孔隙水压力瞬态变化机理的认识 _I- ，圈动荷 作 用下饱和砂土中孔欧水压力 产 生 原因与特点的不同，将孔隙水压力区分为应力孔压 (U )，结构孔压 (u )和传递孔压 (U )。 }·应力孔压u 是不排水条件下因士骨架的弹性体变势所引起的可恢复的那部 分孔 涨 水 压 ；Uc是不排水条件下因土骨架绪构破坏 (土颗粒排列状态改变)所产生的塑性体埂势= 而 l起的不可恢复的那部 分孔隙水压力；U 则是排水条件下因孔隙 水发生渗流而导致上骨架俸 变势变化所引起的那部分孔隙水压力 (它的大小主要取决于孔压梯度，排渗条件与持续时 捌 )。对往返荷载作用完全不排水条件下的某一日刻 ，饱和砂 I二中所产生 的孔隙水压力 c(O 直是u 和u。的耦合，即： bu )=bu +buc (2) 对往返荷载作用部 分排 出条f．lq：饱萄l砂 上 中产生的孔隙水压力＆u是 5u ，＆uc 与＆ 耦台 的结果，即： 毒。劳 5u=bu+bU +bu = 5U +SUT 或bU =8u一5u{ (3) 如果略去饱和土单元体积 内总碰力的变 圈 1 化，则在时段8t内，6u中只有传递孔压 uT才会引起土体