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《浙江海洋大学》 2017年
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基于振动台试验开展砂土液化的机理与判别研究

戴志广  
【摘要】:砂土液化是岩土工程的重要研究课题,由动荷载引起的砂土液化造成地基失效、地面喷砂冒水、建筑物破坏等现象,对国民经济造成了巨大损失,使人民生命财产受到严重威胁。随着人们对于液化问题的不断深入关注,在实际工程中发现了大量非饱和砂土场地的液化现象,然而目前对于非饱和砂土液化的研究还相对较少,因此研究非饱和砂土的液化机理对于工程应用至关重要。本文基于振动台试验开展了饱和度分别为100%,95%,90%,85%,80%的五组砂土模型地基的液化试验,通过试验结果分析发现:饱和度是影响砂土液化的重要因素之一,随着饱和度的降低,砂土地基的液化抗性随之增大;砂土地基的液化顺序是自下而上进行的,即随着循环荷载的持续进行,砂土地基中的孔隙水不断地从下往上涌动,中下层的砂土首先液化,上层砂土随后液化,直至顶层砂土发生喷砂冒水现象,整个砂土模型地基全部达到液化;各饱和度的砂土模型地基在振动结束之后,超静孔隙水压力均会发生一定程度的消散,超静孔压消散的速度随着埋深的增大而加快。其次,由于目前对于液化判别尚未形成统一认识,各判别方法均存在一定的局限性,不具有广泛适用性,判别准确率不高。本文基于Bayes判别分析理论,根据唐山大地震和广东三水地震的40组砂土液化样本构建了数据库。首先,以震级M、地面加速度最大值gmax、标准贯入锤击数N63.5、比贯入阻力Ps、相对密实度Dr、平均粒径D50和地下水位深度dw七个评价指标建立了七因素Bayes判别分析模型。继而,依据七因素Bayes模型中各评价指标的影响权重,提出了以震级M、地面加速度最大值gmax、比贯入阻力Ps、相对密实度Dr和平均粒径D50五个因素为评价指标的五因素Bayes判别分析模型和五因素Fisher判别分析模型。最后,通过系统地对比五因素模型和七因素模型的砂土液化判别结果,发现五因素模型的判别准确率均高于七因素模型,即本文所提出的五因素模型用更少的评价指标可达到更高的液化判别准确率,既避免了次要因素影响判别函数的稳定性,又节约了建设成本,更有利于实际工程中的液化判别。
【关键词】:砂土液化 非饱和砂土 振动台试验 液化判别 Bayes判别分析
【学位授予单位】:浙江海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU441;TU435
【目录】:
  • 摘要8-9
  • ABSTRACT9-13
  • 第一章 绪论13-25
  • 1.1 前言13-15
  • 1.2 砂土液化的研究现状15-22
  • 1.2.1 液化的定义与机理研究15-16
  • 1.2.2 砂土液化的影响因素16-18
  • 1.2.3 液化分析与判别研究18-19
  • 1.2.4 砂土液化的危害19-21
  • 1.2.5 抗液化地基处理研究21-22
  • 1.3 非饱和砂土液化特性研究22-23
  • 1.4 振动台试验研究23-24
  • 1.5 选题意义24
  • 1.6 论文主要研究内容24-25
  • 第二章 试验设备及材料准备25-32
  • 2.1 试验设备概述25-27
  • 2.1.1 振动台25-26
  • 2.1.2 数据采集系统26-27
  • 2.2 砂土物理力学特性27-29
  • 2.2.1 颗粒级配27-28
  • 2.2.2 基本物理指标28
  • 2.2.3 直剪试验28-29
  • 2.3 模型箱的研制29-31
  • 2.4 传感器31-32
  • 第三章 振动台试验方案设计32-38
  • 3.1 试验目的和内容32
  • 3.2 模型比例及相似律设计32-35
  • 3.3 传感器的埋设35-36
  • 3.4 砂土模型地基的制备36-37
  • 3.4.1 准备工作36
  • 3.4.2 各饱和度土样制备方法36
  • 3.4.3 砂土模型地基的制作36-37
  • 3.5 加载方案37-38
  • 第四章 振动台试验结果与分析38-46
  • 4.1 试验宏观现象38-41
  • 4.1.1 Sr=100%的砂土模型地基试验宏观现象38-39
  • 4.1.2 Sr=95%的砂土模型地基试验宏观现象39
  • 4.1.3 Sr=90%的砂土模型地基试验宏观现象39-40
  • 4.1.4 Sr=85%的砂土模型地基试验宏观现象40
  • 4.1.5 Sr=80%的砂土模型地基试验宏观现象40-41
  • 4.2 孔隙水压力变化规律41-45
  • 4.2.1 Sr=100%的砂土模型地基孔隙水压力变化规律41-42
  • 4.2.2 Sr=95%的砂土模型地基孔隙水压力变化规律42-43
  • 4.2.3 Sr=90%的砂土模型地基孔隙水压力变化规律43
  • 4.2.4 Sr=85%的砂土模型地基孔隙水压力变化规律43-44
  • 4.2.5 Sr=80%的砂土模型地基孔隙水压力变化规律44-45
  • 4.3 小结45-46
  • 第五章 砂土液化判别研究46-70
  • 5.1 改进的Bayes判别分析法46-57
  • 5.1.1 Bayes判别分析原理47-48
  • 5.1.2 建立砂土液化判别的Bayes判别分析模型48-52
  • 5.1.3 七因素BDA模型与五因素BDA模型的判别比较52-57
  • 5.2 改进的Fisher判别分析方法57-67
  • 5.2.1 Fisher判别分析原理57-59
  • 5.2.2 七因素Fisher判别分析模型59-63
  • 5.2.3 五因素Fisher判别模型63-67
  • 5.3 判别结果分析67-69
  • 5.3.1 Bayes判别结果分析67-68
  • 5.3.2 Fisher判别结果分析68-69
  • 5.4 小结69-70
  • 第六章 结论与展望70-72
  • 6.1 结论70
  • 6.2 展望70-72
  • 参考文献72-79
  • 致谢79-80
  • 在读期间发表的学术论文及研究成果80

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