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震后重建,先评价软弱土地震液化灾害
来源: 《科技观察》·中国科技观察网 www.imgmg.com
时间:2019-12-13 16:13:44

相信很多读者都到过海边或江滨逛沙滩玩沙堆,如果你用手反复拍打湿沙堆或用脚多蹬两下湿沙滩,就会发现脚下的砂土开始变软、向外渗水并逐渐沉陷下去。与这个原理相似,地震液化是指饱和砂土或粉土在地震循环剪应力作用下产生剪缩趋势,导致超静孔隙水压力上升、有效应力下降,土体部分或完全丧失抗剪强度,变得如液体一般的物理过程。

地震时一旦场地发生液化,建在场地上的建构筑物会丧失基础承载力而产生倾斜甚至倒塌。同时液化后的砂土如液体般从场地的裂隙向上涌出,出现“喷水冒砂”现象,导致原有地面发生不均匀沉陷,破坏地下基础设施和上部结构。地震之后灾区需要尽快重建家园,首先需要科技专家调查灾区场地和地基的震害情况,尤其在软弱土地区要可靠评价地震液化灾害的范围和程度,并提出合理的防治措施,为后期重建工作的科学上马保驾护航。因此,场地液化判别一直是岩土地震工程领域的核心课题,为地基和基础抗震设计提供科学依据,是提高我国高烈度区重大工程服役安全性、增强城镇防震减灾能力和地震韧性的重大需求。

浙江大学教授周燕国承担的浙江省自然科学基金杰出青年项目“时间效应对砂土抗液化强度影响规律与定量评价”近期通过了结题验收,该研究成果综合考虑地质年代和地震应力历史的影响,定量评价时间效应对土体抗液化强度的影响规律,对提高场地液化判别可靠性有重要科学意义和工程价值。

在浙江省自然科学基金的资助下,周燕国带领他的研究团队针对现有地震液化判别研究对地震影响下的时间效应界定难题,首先研发了用于超重力离心机的机载压电元波速测量和微型静力触探装置与测试技术,使之在超重力、高工频噪音、高倍缩尺的严苛环境下具备精确测量岩土体小应变弹性波速和大应变触探端阻的能力,为模型试验中土体原位力学指标的实时表征提供先进测试手段。其次,建立了描述砂土力学性能损伤和恢复的表征函数,包括以超静孔压表示的损伤函数和以剪切模量表示的震后恢复函数,定量描述地震液化前后发生在土体上的时间效应;利用超重力振动台模型试验重现各种地震历史,通过机载压电弯曲元和静力触探联合测试,揭示震后砂土力学指标随时间的演化规律,验证所提出的时间效应表征函数的合理性。再次,开展砂土液化震害实例研究,建立了考虑时间效应的新型实例数据库,提出基于损伤和恢复函数的原位实例数据修正方法,为解决当前工程界最常用的砂土液化判别简化方法中“原位测试指标与地震事件时间不一致”的矛盾提供了新途径。

在上述研究进展基础上,该团队一方面通过进一步发表科技论文和申请发明专利,引起国内外同行对地震历史下的土体时间效应问题的重视,共同改进现行液化判别简化方法,提高其判别可靠性,并应用于示范工程;另一方面,本研究研发的软弱土物理力学特性联合表征技术和超重力振动台物理模拟技术,可广泛用于地震液化相关的应用基础研究和工程咨询,通过理论研究与工程实践的结合,进一步推动本研究取得持续创新。

本报记者 金乐平 通讯员 王楠 陆丹旸

原文来自:中国科技观察网

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