豐土根,錢秋瑩,張福海

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098)

含細粒飽和砂土的液化特性研究綜述

豐土根1,2,錢秋瑩1,2,張福海1,2

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室,江蘇南京 210098; 2.河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所,江蘇南京 210098)

綜述了國內(nèi)外有關(guān)含粉粒飽和砂土和含黏粒飽和砂土液化特性的試驗研究成果,對于含粉粒飽和砂土,粉粒質(zhì)量分數(shù)、粉粒粒徑和砂骨架顆粒級配對飽和砂土的液化特性影響顯著,粉粒的存在或可以增加或降低含粉粒飽和砂土的動強度,或存在臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)使飽和砂土的動強度隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增加呈非單調(diào)性變化;對于含黏粒飽和砂土,臨界黏粒質(zhì)量分數(shù)使飽和砂土的抗液化強度隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大先減小再增大;黏粒的塑性指數(shù)對飽和砂土的抗液化強度有較大影響;不同顆粒組成的飽和砂土對塑性指數(shù)的反應(yīng)不盡相同。

飽和砂土;粉粒質(zhì)量分數(shù);黏粒質(zhì)量分數(shù);塑性指數(shù);液化特性;綜述

自20世紀60年代以來,地震活動頻繁,引發(fā)國內(nèi)外學(xué)者對地震荷載作用下飽和土體的液化現(xiàn)象進行了深入研究,其中對飽和砂土的液化特性研究成為巖土工程界的熱點問題。在過去50年中,對地震荷載作用下飽和砂土的液化強度特性、變形特性、孔壓發(fā)展規(guī)律及相關(guān)影響因素等方面的研究比較深入,并取得了一系列豐碩的成果。這些研究成果大多建立在純砂的基礎(chǔ)上,對于含細粒飽和砂土(如粉細砂、砂質(zhì)粉土等)的液化特性研究尚顯不足。

實際上,自然界中純砂并不多見。據(jù)多數(shù)地震資料顯示,由地震活動引發(fā)的地基液化現(xiàn)象多發(fā)生在以含粉質(zhì)砂土和砂質(zhì)粉土等砂粉混合的水力回填土層、海岸線附近的自然沉積沖積土層。這類土層在顆粒的組成上與純砂有明顯不同,含細粒的砂性土或砂質(zhì)粉土等砂粉混合土的液化特性也明顯有別于純砂的液化特性,將適用于純砂的液化理論完全套用于此類砂粉混合土的液化問題是不科學(xué)的。因此,對含細粒的非純砂土的液化特性研究具有一定的針對性和科學(xué)適用性。

1 含粉粒飽和砂土的液化特性研究

自然界中的砂土普遍含有細粒(粒徑小于0.075 mm的顆粒),主要包括黏粒和粉粒。Mogami等[1]最早研究發(fā)現(xiàn)含細粒砂土存在液化敏感性;Lee等[2]通過室內(nèi)試驗研究證明含細粒砂土也會發(fā)生液化現(xiàn)象;隨后Lee等[3]相繼提出黏粒和粉粒對土動力強度的影響;Carraro等[4]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)飽和砂土的臨界狀態(tài)摩擦角和峰值應(yīng)力隨著粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而增大,而隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大而減小,小應(yīng)變剪切模量隨兩者質(zhì)量分數(shù)的增大均呈減小趨勢,其中粉粒質(zhì)量分數(shù)對小應(yīng)變剪切模量的影響更為顯著。由此可知,粉粒和黏粒的存在對飽和砂土的強度特性均有影響,但各自的影響作用有所差別,有必要進行分別研究。

1.1 粉粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土液化特性的影響

粉質(zhì)砂土是現(xiàn)場最為常見的具有液化敏感性的砂土地基,與純砂在一般情況下隨圍壓的增加而產(chǎn)生體積壓縮性有所不同,粉質(zhì)砂土在圍壓作用下常發(fā)生反向行為,表現(xiàn)為剪脹性。Lade等[5]研究指出含粉粒砂土比純砂更易于發(fā)生液化現(xiàn)象,其抗液化強度隨圍壓的增大而降低。近年來國內(nèi)外有關(guān)粉粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土液化特性影響的研究已取得諸多成果,然而所得結(jié)論不盡相同。

Troncoso等[6]對相同孔隙比條件下的尾礦砂進行不同粉粒質(zhì)量分數(shù)(0～30%)影響的循環(huán)剪切試驗,表明在孔隙比不變的情況下,循環(huán)抗剪強度隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而減小,Finn等[7-13]隨后亦曾得出類似結(jié)論;Chang等[14-17]通過試驗研究認為粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大會提高飽和砂土的抗液化能力; Law等[18-19]研究表明,含粉粒飽和砂土的抗液化強度先隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而減小,當抗液化強度達到某一最小值時又隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而逐漸提高,并定義使強度趨勢發(fā)生改變時的粉粒質(zhì)量分數(shù)為臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)。顯然以上結(jié)論并不完全相同,甚至有的觀點存在較大分歧,這與各學(xué)者研究過程中所采用的試驗條件和砂土試樣等因素密切相關(guān)。通過這些不同的試驗結(jié)果可知,粉粒對飽和砂土的影響并不完全受粉粒質(zhì)量分數(shù)這一參數(shù)控制,其在不同試驗條件和試樣條件下對飽和砂土液化特性的影響研究仍有待進一步深入。

針對上述情況,Polito等[20]采用兩種不同類型的砂(蒙特利砂,砂粒形狀介于角粒和圓粒之間,粒徑為0.18～0.84mm,d50=0.43mm;伊利諾州砂,砂粒形狀介于角粒和圓粒之間,粒徑小于0.84 mm,d50= 0.18 mm),通過控制砂樣類型、粉粒質(zhì)量分數(shù)、砂樣相對密度、砂骨架孔隙比和砂間孔隙比等因素,研究粉粒質(zhì)量分數(shù)在不同因素條件下對含粉粒飽和砂土的動強度影響。試驗結(jié)果表明,當以砂間孔隙比為控制條件時,兩種類型砂土的動強度特性相似,表現(xiàn)為存在臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)使砂土的動強度呈非單調(diào)變化,其動強度均先隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而降低,當粉粒質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增大并超過35%時,飽和砂土的動強度又隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大呈緩慢增漲趨勢,在粉粒質(zhì)量分數(shù)相同的條件下,兩種類型下砂土的動強度均隨砂間孔隙比的增大而降低;當以砂骨架孔隙比為控制條件時,兩種類型砂樣對粉粒質(zhì)量分數(shù)的動力響應(yīng)表現(xiàn)出不同特性,表現(xiàn)為蒙特利砂的動強度不隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大而變化,而伊利諾州砂的動強度隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大有所提高。Polito據(jù)此進一步指出,當粉粒質(zhì)量分數(shù)較小且低于臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)時,粉粒被包裹在砂骨架中,此時砂土的動強度主要由相對密度控制,隨相對密度的增大而提高,與粉粒質(zhì)量分數(shù)無關(guān);當粉粒質(zhì)量分數(shù)較大,砂粒被較多粉粒包圍時,砂土的動強度則由粉粒質(zhì)量分數(shù)和相對密度控制,此時與砂土的類型和粉粒質(zhì)量分數(shù)無關(guān)。Xenaki等[21]進一步研究證實臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)的存在,并表明在砂間孔隙比一定的條件下,使飽和砂土抗液化強度最低的粉粒質(zhì)量分數(shù)一般為30%～44%。

我國對含粉粒飽和砂土的研究起步較晚,目前仍主要研究粉粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土強度和孔壓特性的單一影響。朱建群等[22]對低粉粒質(zhì)量分數(shù)的片狀砂抗剪強度特征進行了研究,試驗表明粉粒質(zhì)量分數(shù)對粉砂的顆粒組成和結(jié)構(gòu)具有重要作用,主要影響粉砂的強度和變形。通過對粉粒質(zhì)量分數(shù)為0、6%、9%、12%和15%的5組砂土試樣進行三軸固結(jié)不排水試驗,表明當粉粒質(zhì)量分數(shù)為6%、9%和12%時,松散粉砂土均出現(xiàn)靜態(tài)液化現(xiàn)象,當粉粒質(zhì)量分數(shù)為15%時該現(xiàn)象消失;并指出當粉粒質(zhì)量分數(shù)從0～9%時,試樣穩(wěn)定性逐漸減弱,而超過9%以后試樣的穩(wěn)定性隨粉粒質(zhì)量分數(shù)的提高而逐漸升高。由此進一步證實了臨界粉粒質(zhì)量分數(shù)的存在。王艷麗等[23]通過對不同細粒質(zhì)量分數(shù)(0～45%)的定量分析,以粒徑為0.075～0.250mm的南京地區(qū)粉細砂為砂骨架,探討細粒(粒徑小于0.075 mm)質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土動孔壓的影響。結(jié)果表明,細粒質(zhì)量分數(shù)對砂土孔壓發(fā)展影響較大,其影響主要體現(xiàn)在孔壓發(fā)展過程中模型函數(shù)的擬合參數(shù)不同,其擬合參數(shù)隨細粒質(zhì)量分數(shù)的增大先減小,在細粒質(zhì)量分數(shù)為30%時達到最小值;之后隨細粒質(zhì)量分數(shù)的增大逐漸增大,但其后的增大趨勢較平緩。其試驗過程中孔壓模型的擬合參數(shù)與細粒質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系揭示了粉粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土孔壓發(fā)展的影響機制,結(jié)果如圖1所示。

1.2 顆粒組成對飽和砂土液化特性的影響

國外學(xué)者較早發(fā)現(xiàn)含細粒飽和砂土的砂骨架顆粒級配不同,飽和砂土就表現(xiàn)出不同的液化特性。Rahman等[24]對砂骨架顆粒級配不同而粉粒質(zhì)量分數(shù)相同的兩組試樣進行三軸加載試驗,試驗結(jié)果表明,在相同的粉粒質(zhì)量分數(shù)及試驗條件下,含粉粒飽和砂土的抗液化強度隨著砂骨架顆粒級配不均勻系數(shù)的增大而增大,二者呈單調(diào)增加關(guān)系。

Monkul等[25]對砂骨架顆粒級配相同、粉粒粒徑不同的3組試樣進行不排水的三軸壓縮試驗,指出平均粒徑比(即砂骨架的顆粒平均粒徑與粉粒平均粒徑之比)對含粉粒飽和砂土的液化性能具有重要的影響,與粉粒質(zhì)量分數(shù)存在交叉影響;當平均粒徑較小時,隨著粉粒質(zhì)量分數(shù)(0～20%)的增大,飽和砂土的液化可能性呈增大趨勢;當平均粒徑較大時,隨著粉粒質(zhì)量分數(shù)的增大,飽和砂土的液化可能性呈先增大后減小的變化規(guī)律;在一定條件下,含粉粒飽和砂土的液化可能性會低于純砂的液化可能性。由此表明粉粒的粒徑大小對含粉粒飽和砂土的液化特性有著較大的影響。

Monkul[26]在進一步分析粉粒對粉細砂液化特性的主要影響因素時明確指出,砂骨架中所含粉粒的粒徑大小是除粉粒質(zhì)量分數(shù)之外影響粉細砂液化特性的最主要因素,這主要是由于不同粒徑的粉粒顆粒將構(gòu)成粉細砂的不同物理結(jié)構(gòu),從而影響粉細砂的液化特性。并由此提出可通過砂粒骨架和粉粒顆粒的平均粒徑比(D50/d50)來衡量含不同粉粒的砂土的液化特性。其試驗研究表明,當所含粉粒的質(zhì)量分數(shù)相同時,砂樣的抗液化強度隨平均粒徑比的減小有顯著降低。

基于以上含粉粒飽和砂土的研究現(xiàn)狀可知,粉粒質(zhì)量分數(shù)、砂土類型、砂骨架顆粒級配、粉粒粒徑等因素對飽和砂土液化特性存在相互交叉影響,不同試驗條件下的結(jié)論有相對局限性,對以上各因素間的相互交叉作用仍有待更全面的深入研究。

圖1 孔壓模型擬合參數(shù)與細粒質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系曲線

2 含黏粒飽和砂土的液化特性研究

Mitchell[27]曾指出,粒徑較小的黏土顆粒在相對較粗的砂粒骨架中,并不承擔顆粒間的動力傳遞作用,屬于非活動性因素,可近似當作孔隙來看待。后來的學(xué)者也普遍將黏粒當作砂粒間的孔隙來研究。直到1990年,Georgiannou等[28]對含高嶺土的飽和砂樣進行了三軸壓縮和拉伸試驗,試驗表明,含黏粒砂與純砂相比,表現(xiàn)出更不穩(wěn)定的性狀。之后學(xué)者們才開始從黏粒組成及黏粒的相關(guān)性質(zhì)方面對土的液化特性影響進行研究。

2.1 黏粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土液化特性的影響

Perlea等[29]對不同黏粒質(zhì)量分數(shù)的飽和砂土進行三軸試驗,在相同試驗條件下,飽和砂土的抗液化強度與黏粒質(zhì)量分數(shù)呈非單調(diào)變化關(guān)系,當飽和砂土中黏粒的質(zhì)量分數(shù)低于15%時,飽和砂土的抗液化強度隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大而減少;當黏粒質(zhì)量分數(shù)超過20%時,飽和砂土的抗液化強度又隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大而逐漸增大。

Ghahremani等[30]對不同高嶺石黏粒質(zhì)量分數(shù)(10%～50%)的飽和砂土進行循環(huán)三軸試驗,在孔隙比相同的條件下,含黏粒飽和砂土的動強度隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大不斷減小,當黏粒質(zhì)量分數(shù)為30%時減到最小,其后隨著黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大而不斷增大。

吳建平等[31]對黏粒質(zhì)量分數(shù)小于9%的重塑砂土進行了自振柱和動三軸試驗研究,探討?zhàn)ちＹ|(zhì)量分數(shù)(0～9%)對飽和砂土剪切模量和液化勢的影響。試驗結(jié)果表明,當黏粒質(zhì)量分數(shù)小于9%時,含黏粒飽和砂土的動剪切模量隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大而減小,其抗液化性能也逐漸下降。

衡朝陽等[32]研究了黏粒質(zhì)量分數(shù)對飽和砂土動剪應(yīng)力比的影響,通過對3組不同黏粒質(zhì)量分數(shù)及不同黏粒成分的試樣進行室內(nèi)動三軸試驗,指出飽和砂土的動剪應(yīng)力比與所含黏粒的礦物成分無關(guān),與黏粒質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系曲線總是向上開口的拋物線形;當黏粒質(zhì)量分數(shù)為9%左右時,動剪應(yīng)力比最小,飽和砂土的抗液化強度最小。

劉雪珠等[33]對黏粒質(zhì)量分數(shù)為5%、10%和15%的3種南京片狀粉細砂進行液化研究,表明黏粒質(zhì)量分數(shù)對南京粉細砂的抗液化強度影響較大且呈非單調(diào)變化,當黏粒質(zhì)量分數(shù)為10%時抗液化強度達到一個低谷;動剪應(yīng)力比與黏粒質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系曲線呈向上開口的近似拋物線形。

潘劍峰等[34]通過對含黏粒的粗細?；旌仙巴?粗顆粒粒徑為1～2 mm,細顆粒為不小于0.075 mm的黏粒)進行動三軸試驗,試驗結(jié)果進一步表明土樣的動強度并不是隨黏粒質(zhì)量分數(shù)單調(diào)增加的,當黏粒質(zhì)量分數(shù)為10%～20%時,動強度最低,抗液化性能最弱;當黏粒質(zhì)量分數(shù)大于30%時,混合砂土的動強度相對較高,抗液化性能較好。

由以上試驗研究成果可知,不同類型的飽和砂土對黏粒質(zhì)量分數(shù)的響應(yīng)基本一致,其動強度隨黏粒質(zhì)量分數(shù)的增大都表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢,使動強度發(fā)生變化的黏粒質(zhì)量分數(shù)一般為9% ～20%。

2.2 塑性指數(shù)對飽和砂土液化特性的影響

除黏粒質(zhì)量分數(shù)外,塑性指數(shù)也是分析黏粒性質(zhì)的重要指標。砂土中所含黏粒的塑性指數(shù)不同,黏粒對砂土液化特性的影響也可不同。Ghahremani等[30,35]分別對兩種黏粒質(zhì)量分數(shù)的飽和砂土進行了循環(huán)三軸試驗,研究黏粒的塑性指數(shù)對飽和砂土抗液化強度的影響。試驗結(jié)果表明,當塑性指數(shù)為19%～48%時,不同黏粒質(zhì)量分數(shù)的飽和砂土的動強度都隨黏粒塑性指數(shù)的增大而增大。

Sadek等[36]對黏粒質(zhì)量分數(shù)為10%、相對密度為60%的飽和砂土進行了動循環(huán)三軸試驗,試驗結(jié)果表明塑性指數(shù)對于含黏粒飽和砂土的液化特性影響是非單調(diào)的,存在一個臨界值,約為11%;當塑性指數(shù)低于11%時,含黏粒飽和砂土的動強度隨塑性指數(shù)增大而減少;當塑性指數(shù)超過11%以后,動強度才隨塑性指數(shù)的增大而增大,且增幅較小,試驗得出的抗液化強度曲線如圖2所示。

圖2 含黏粒飽和砂土的抗液化強度曲線

Park等[37]分別對黏粒質(zhì)量分數(shù)為10%的飽和松砂、中砂和密砂進行了塑性指數(shù)與抗液化強度的相關(guān)性研究,指出不同密實度砂土的動強度都隨黏粒塑性指數(shù)的增大而有不同程度的減小;但塑性指數(shù)的增大對松砂和中砂的動強度影響較小,而對密砂的影響卻相當顯著,隨塑性指數(shù)的增大,密砂的動強度可降低40%。

由以上成果可知,塑性指數(shù)對飽和砂土液化特性的影響有著不可忽視的作用,但其對不同類型砂土的影響作用不盡相同,對砂土液化特性的影響機制仍有待進一步深入研究。

3 研究展望

純砂與含細粒砂土的液化特性明顯不同,含粉粒砂土和含黏粒砂土的液化特性也有較大差別,以往基于純砂的液化特性研究理論并不完全適用于含細粒砂土。從現(xiàn)有成果分析,不同的研究者均以自己所用試驗砂樣的試驗成果為主要結(jié)論依據(jù),具有一定片面性和局限性。對細粒質(zhì)量分數(shù)的研究主要以國外學(xué)者居多,我國學(xué)者在這方面的研究相對較少,且研究的內(nèi)容較為單一。因此對含細粒砂土的液化特性研究仍顯得任重而道遠,以下幾個方面仍有待完善:

a.細粒效應(yīng)的微觀研究在國外巖土界已得到較多的重視[24-26,38],我國對于細粒的微觀研究關(guān)注較少,對含細粒飽和砂土的研究仍主要局限于細粒質(zhì)量分數(shù)和細粒種類等宏觀方面的影響,尚未進一步深化到顆粒組成等微觀層面上。因此,有必要對含細粒飽和砂土的微觀結(jié)構(gòu)特性進行深入研究,考慮微觀機理的作用。

b.我國地域?qū)拸V,境內(nèi)分布的砂土類型較多、差異較大,圓粒、片狀、角粒等類型都有不同程度的分布,所以有必要建立起以國內(nèi)分布的砂土類型為依據(jù)的液化分析理論,可以按區(qū)域劃分,選擇代表性砂樣進行研究,建立不同地區(qū)的液化判別標準體系,進一步探討含細粒飽和砂土的細粒效應(yīng)和細粒作用,以更好地指導(dǎo)工程實踐。

c.目前對飽和砂土液化特性的數(shù)值模擬主要基于均勻純砂試樣的試驗結(jié)果,沒有涉及含細粒飽和砂土的液化特性分析,今后應(yīng)對含細粒飽和砂土的本構(gòu)模型進行深入研究,建立適用于含細粒飽和砂土的本構(gòu)模型理論體系,以推動含細粒砂土的數(shù)值模擬的研究發(fā)展。

[1]MOGAMI T,KUBO K.The behavior of soil during vibration procedure[C]//Proceedings of the 3rd International Conference on Soil Mechanical and Foundation.Zurich:[s.n.],1953:152-153.

[2]LEE K L,SEED H B.Cyclic stress conditions causing liquefaction of sand[J].Soil Mechanical and Foundations, 1967,93(1):47-70.

[3]LEE K L,FITTON J A.Factors affecting the cyclic loading strength of soil[C]//Vibration Effects of Earthquakes on Soils and Foundations.Philadelphia:ASTM Special Technical Publication,1968:71-95.

[4]CARRARO J A H,PREZZI M,SALGADO R.Shear strength and stiffness of sands containing plastic or nonplastic fines[J].JournalofGeotechnicaland Geoenvironmental Engineering,2009,135(9):1167-1178.

[5]LADE P V,YAMAMURO J A.Effects of nonplastic fines on static liquefaction of sands[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34(6):918-928.

[6]TRONCOSO J H,VERDUGO R.Silt content and dynamic behavior of tailing sands[C]//Proccedings of the 11thInternational Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering.San Francisco:Taylor&Francis, 1985:1311-1314.

[7]FINN W D L,LEDBETTER R H,WU G.Liquefaction in silty soils:design and analysis[C]//Ground failures under seismic conditions.New York:Geotechnical Special Publication,1994:51-76.

[8]VAID V P.Liquefaction of silty soils[C]//Ground Failures Under seismic Conditions. New York: Geotechnical Special Publication,1994:1-16.

[9]KUERBIS R,NEGUSSEY D,VAID V P.Effectof gradation and fines content on the undrained response of sand[C]//Hydraulic Fill Structures.New York: Geotechnical Special Publication,1988:330-345.

[10]LADE P V,YAMANMURO J A.Effects of nonplastic fines on static liquefaction sands[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34(6):918-928.

[11]YAMANMURO J A,LADE P V.Static liquefaction of very loose sands[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34 (6):905-917.

[12]ZLATOVICl S,ISHIHARA K.Normalized behavior of very loose nonplastic soil:effects of fabric[J].Soils and Foundation,1997,37(4):47-56.

[13]BAHADORI H,GHALANDARZADEH A,TOWHATA I. Effect of non plastic silt on the anisotropic behavior of sand[J].Soils and Foundations,2008,48(4):531-545.

[14]CHANG N Y,YEH S T,KAUFMAN L P.Liquefaction potential of clean and silty sands[C]//Proceedings of the 3rd International Earthquake Microzonation Conference. Seattle:[s.n.],1982:1017-1032.

[15]DEZFULIAN H.Effectsofsiltcontentondynamic properties of sandy soils[C]//Proceedings of the 8th World Conference on Earthquake Engineering.San Francisco:Prentice-Hall,1984:63-70.

[16]AMINI F,QI G Z.Liquefaction testing of stratified silty sands[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2000,126(3):208-217.

[17]SALGADO R,BANDINI P,KARIM A.Shear strength and stiffness of silty sand[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2000,126(5):451-462.

[18]LAW K T,LING Y H.Liquefaction of granular soils with noncohesive and cohesive fines[C]//Proceedings of the 10th World Conference on Earthquake Engineering. Madrid:CRC Press,1992:1491-1496.

[19]KOESTER J P.The influence of fine type and content on cyclicresistance[C]//Ground Failures under Seismic Conditions.New York:Geotechnical Special Publication, 1994:17-33.

[20]POLITO C P,MARTIN J R.Effects of nonplastic fines on the liquefaction resistance of sands[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2001, 127(5):408-415.

[21]XENAKI V C,ATHANASOPOULOS G A.Liquefaction resistance of sand-silt mixtures: an experimental investigation of the effect of fines[J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering,2003,23:183-194.

[22]朱建群,孔令偉,鐘方杰.粉粒含量對砂土強度特性的影響[J].巖土工程學(xué)報,2007,29(11):1647-1652. (ZHU Jianqun,KONG Lingwei,ZHONG Fangjie.Effect of fines content on strength of silty sands[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2007,29(11):1647-1652.(in Chinese))

[23]王艷麗,饒錫保,潘家軍,等.細粒含量對飽和砂土動孔壓演化特性的影響[J].土木建筑與環(huán)境工程,2011,33 (3):52-56.(WANG Yanli,RAO Xibao,PAN Jiajun,et al.Effects of fines content on evolutionary characteristics of dynamic pore water pressure of saturated sands[J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering,2011,33(3):52-56.(in Chinese))

[24]RAHMAN M M,LO S R.Effect of sand gradation and fines type on liquefaction behavior of sand-fines mixture [C]//Proceedings of Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics IV. Sacramento, California:Geotechnical Special Publications,2008:1-11.

[25]MONKUL M M,YAMAMURO J A.Influence of silt size and content on liquefaction behavior of sands[J]. Canadian Geotechnical Journal,2011,48(6):931-942.

[26]MONKUL M M.On some of the factors influencing the fines' role on liquefaction ofsilty sands[C]// GeoCongress 2012.San Francisco:Curran Associates Incorporated,2012:799-808.

[27]MITCHELLl J K.Fundamental of soil behavior[M].New York:John Wiley&Sons Incorporated,1976.

[28]GEORGIANNOU V N,BURLAND J B,HIGHT D W.The undrained behavior of clayey sands in triaxial compression and extension[J].Geotechnique,1990,40(3):431-449.

[29]PERLEA V G,KOESTER J P,PRAKASHA K S.How liquefiable are cohesive soils[C]//Proceedings of second InternationalConference on Earthquake Geotechnical Engineering.Lisbon:[s.n.],1999:611-618.

[30]GHAHREMANI M,GHALANDARZADEH A.Effect of plastic fines on cyclic resistance of sands[C]//Soil and Rock Behavior and Modeling:Proceedings of Sessions of GeoShanghai.New York:ASCE,2006:406-412.

[31]吳建平,吳世明.重塑含粘粒砂土的動模量和液化勢[J].浙江大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,1988,22(6):13-19. (WU Jianping,WU Shiming.Dynamic modulus and liquefaction potential of remolded sand with small amount of clay particles[J].Journal of Zhejiang University: Natural Science,1988,22(6):13-19.(in Chinese))

[32]衡朝陽,何滿潮,裘以惠.含粘粒砂土抗液化性能的試驗研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2001,9(4):339-344.(HENG Chaoyang,HE Manchao,QIU Yihui.Experimental study of liquefaction-resistant characteristics clayey sand [J].Journal of Engineering Geology,2001,9(4):339-344.(in Chinese))

[33]劉雪珠,陳國興.粘粒含量對南京粉細砂液化影響的試驗研究[J].地震工程與工程振動,2003,23(6):150-155.(LIU Xuezhu,CEHN Guoxing.Experimental study on influence of clay particle content on liquefaction of Nanjing fine sand[J].Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2003,23(6):150-155.(in Chinese))

[34]潘劍鋒,劉喜康,王力,等.粗細?；旌贤烈夯匦匝芯烤C述[J].四川水利,2010(6):41-42.(PAN Jianfeng, LIU Xikang,WANG Li,et al.Review of the liquefaction properties of coarse-fine mixture soils[J].Sichuan Water Resource,2010(6):41-42.(in Chinese))

[35]GHAHREMANI M,GHALANDARZADEH A,MORADI M.Effect of plastic fines on the undrained behavior of sands[C]//Soil and Rock Behavior and Modeling: Proceedings of Sessions of GeoShanghai.New York: ASCE,2006:48-54.

[36]SADEK S,SALEH M.The effect of carbonaceous fines on the cyclic resistance ofpoorly graded sands[J]. Geotechnical and Geological Engineering,2007,25(2): 257-264.

[37]PARK S S,KIM Y S.Liquefaction resistance of sands containing plastic fines with different plasticity[J]. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2013, 139(5):825-830.

[38]MONKUL M M,YAMAMURO JA.Theeffectof nonplastic silt gradation on the liquefaction behavior of sand[C]//Proceedings of the 5th International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics.San Diego,California:[s. n.],2010:23-26.

Review of liquefaction properties of saturated sands containing fines//

FENG Tugen1,2,QIAN Qiuying1,2,ZHANG Fuhai1,2
(1.Key Laboratory for Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resource,Hohai University,Nanjing 210098, China;2.Geotechnical Research Institute,Hohai University,Nanjing 210098,China)

In this review,we present the main researches on liquefaction characteristics of saturated sand containing silt or clay.The research results show that silt content,silt particle size and sand grain composition have a great impact on liquefaction characteristics of saturated sand containing silt.The liquefaction resistance of saturated sand containing silt may increase or decrease as silt content increases.In some cases,there might exist a limit silt content such that the dynamic strength of sand containing silt changes non-monotonously as the silt content increases.For sand-clay mixtures,the liquefaction resistance initially decreases as the clay content increases and then turn to increase as the clay content continues to increase.Liquefaction characteristics of clay sand greatly relate to plasticity index(PI)of clay particles.Sand in different grain composition situations may have different reactions to PI values of clay particles.

saturated sand;silt content;clay content;plasticity index;liquefaction characteristic;review

TU435

:A

:1006-7647(2014)04-0089-06

10.3880/j.issn.1006-7647.2014.04.019

2013-0704 編輯:周紅梅)

國家自然科學(xué)基金(51009054);教育部科學(xué)技術(shù)研究重點項目(109077);江蘇省自然科學(xué)基金(BK2010513)

豐土根(1975—),男,浙江金華人,教授,博士,主要從事巖土工程研究。E-mail:tgfeng@163.com