南京砂颗粒形状及静态液化特性研究

作     者：吴焕然 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎长虹

授予年度：2014年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：南京砂 颗粒形状 固结不排水剪切试验 稳态 静态液化 

摘      要：随着越来越多滑坡机理的研究发现,一些边坡失稳是由静态液化引起的,静态液化研究受到国内外许多学者的高度关注。已有研究成果主要针对不同地区颗粒呈球状的石英砂进行的。长江中下游地区广泛分布一种片状粉细砂,主要成份为石英碎屑、长石和少量的绿泥石、白云母片、其它粘土质矿物及风化金属矿物,与球状颗粒标准砂在矿物成分、级配、颗粒形状等方面存在显著差异。 本文以纯净南京片状砂为研究对象,采用试验研究方法,分析砂土矿物成分、颗粒成分、密实度和颗粒形状等对砂土稳态特征及静态液化特性的影响。主要研究成果如下： (1)通过室内试验,给出了南京砂的矿物成分、级配及干密度特征。发现标准砂A砂的矿物成分为石英,杂质极少;纯净南京砂B、C、D砂的主要矿物成分为石英,含量超过50%,其次为长石(正长石、斜长石),含量在20～35%之间,还含有少量其他矿物。相对于B、C、D砂,A砂级配较好,具有更高的极限干密度及更小的极限孔隙比。 (2)将四种砂按粒组拍摄显微照片,获取其形状特征定量参数。按粒组分析,0.075～0.1mm,1～2mm粒组颗粒扁平度AR小、延性差,轮廓系数FF大,磨圆度好,更接近球形。按砂类分析,假定各粒组颗粒比重相当,依据颗分数据对不同粒组颗粒形状参数加权平均,得各天然砂土颗粒形状定量参数。分析可得A砂AR较小,近球状,B、C、D砂AR较大,呈片柱状;A、C砂FF较大,磨圆较好,B、D砂FF较小,磨圆较差。 (3)以上述四种砂其粒径介于2mm～0.075mm范围内的粒组成分作为研究对象,设计对松砂在不同围压下及不同密实状态的砂土进行不排水剪切试验。从变形强度特征及孔隙水压力响应方面,分析了四种砂的剪切特征,试验结果表明B、C、D砂比A砂更具有密砂的剪切特征。 (4)纯净南京砂B、C、D三种砂类中的松砂在低围压(400kPa)下均具有较大的液化程度,标准砂A砂在50kPa围压下,液化程度较大,围压超过100kPa后,液化程度显著减小;B、C、D砂液化程度对相对密实度更敏感,随着相对密实度增加,液化程度迅速减小。 (5)从稳态理论分析,(?)“平面中,B、C、D砂稳态线高于A砂临界状态线,主要原因是B、C、D砂最大、最小孔隙比均大于A砂,且临界状态线升高的顺序与不均匀系数Cu减小的顺序相同。 (6)分析A、B、C、D四种砂的形状参数与稳态强度及松砂有效强度两种强度指标的关系,发现四种砂的松砂的内摩擦角与其扁平度AR、轮廓系数FF具有较好的相关关系,AR越大、FF越小,松砂内摩擦角越大;而稳态内摩擦角仅与AR相关性较好,AR越大,稳态内摩擦角越大。这主要因为剪切过程中的次生各向异性,准稳态点之前,砂土处于颗粒结构重组初期,AR、FF对松砂内摩擦角均有显著影响;准稳态点之后,砂土颗粒结构重组基本完成,FF影响减弱,AR通过影响结构重组的程度控制稳态内摩擦角。