岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 2189-2198.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1716

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于自由场大型振动台试验的饱和砂土 固-液相变特征研究

许成顺1,豆鹏飞1,杜修力1,陈苏2,韩俊艳1   

  1. 1. 北京工业大学 城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124;2. 中国地震局地球物理研究所,北京 100081
  • 收稿日期:2019-10-06 修回日期:2019-12-31 出版日期:2020-07-10 发布日期:2020-09-10
  • 作者简介:许成顺,女,1977年生,博士,教授,主要从事土动力学以及地下结构抗震方面的科研工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No. 51578026);国家自然科学基金创新研究群体项目科学基金(No. 51421005);国家自然科学基金优秀青年基金(No.51722801)。

Study on solid-liquid phase transition characteristics of saturated sand based on large shaking table test on free field

XU Cheng-shun1, DOU Peng-fei1, DU Xiu-li1, CHEN Su2, HAN Jun-yan1   

  1. 1. Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 2. Institute of Geophysics, China earthquake Administration, Beijing 100081, China
  • Received:2019-10-06 Revised:2019-12-31 Online:2020-07-10 Published:2020-09-10
  • Supported by:
    This work was supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China (51578026), the Science Fund for Creative Research Groups of the National Natural Science Foundation of China(51421005) and the National Natural Science Foundation for Outstanding Young Scholars of China (51722801).

摘要: 基于饱和砂土自由场地大型振动台试验,利用加速度记录的线性方法反演得到模型地基土动剪应力?动剪应变,并根据流体动力学相关理论,引入非牛顿流体中的表观黏度、零剪切黏度等概念,对场地液化后的剪切稀化特征进行探讨,研究了饱和砂土在地震荷载下的固?液相变特征。研究结果表明:大震激励时,饱和砂土层上部土体孔压比达到1,饱和砂土液化,从动剪应力?动剪应变曲线变化中可知液化后的砂土动剪切模量下降明显,这表明土体逐渐软化;从动剪应力、动剪应变推导得出的饱和砂土剪应力?剪应变率变化趋势与非牛顿流体的流变曲线相近,且饱和砂土上部液化土层的表观黏度大幅下降,液化后砂土表现出“剪切稀化”的假塑性流体特性。

关键词: 液化, 自由场地, 振动台试验, 非牛顿流体, 剪切稀化

Abstract: Based on the large shaking table test of saturated sand on the free field, the dynamic shear stress–strain response of the foundation soil model was obtained by using the linear interpolation method according to the data from accelerometer arrays. At the same time, the concepts of apparent viscosity and zero shear viscosity of non-Newtonian fluid based on the assumption of hydrodynamic theory were introduced to study the characteristics and behaviors of shear thinning after site liquefaction. The characteristics of solid-liquid phase transition of saturated sand under seismic load were studied. Results showed that when the saturated sand was stimulated by a large earthquake, excess pore water pressure accumulated rapidly, and sand liquefaction occurred as the pore water pressure ratio of the upper part of the saturated soil ran up to 1. According to the variation of dynamic shear stress–strain curve, the dynamic shear modulus of saturated sand decreased significantly after liquefaction, indicating that the soil softened gradually. The variation trend of shear stress-shear strain rate of saturated sand derived from the data of dynamic shear stress and dynamic shear strain was similar to the rheological curve of non-Newtonian fluid. The apparent viscosity of the liquefied soil in the upper part of saturated sand layer decreased significantly. After liquefaction, the sand showed the pseudoplastic fluid characteristics of "shear thinning".

Key words: liquefaction, free field, shaking table test, non-Newtonian fluid, shear-thinning

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