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沿海一带多分布有厚度较大的淤泥质软黏土,软黏土在地震时容易产生固结震陷,会导致建筑物下沉、不均匀沉降和倾倒损毁等破坏,因此研究软黏土固结震陷及其计算方法是防震减灾的重要课题。
软黏土产生震陷是震动作用下不断排水固结的过程。地震发生时,由于土层受到震动,使得饱和软黏土层在上覆土层的震动作用下,产生一个周期性的加荷—卸荷—再加荷的附加应力,在该应力作用下,软黏土层不断被加荷—卸荷而排水压缩,排出的水量等于软黏土层的压缩量。对这一过程进行微观分析可知,当软黏土层受力压缩时,土层内的水不可能瞬时排出,则土体内就会产生超静孔隙水压力,随时间的延长,土层内的水逐渐排出,超静孔隙水压力逐渐耗散,软黏土层逐渐固结压缩而产生震陷。由于地震结束时,土体内仍有部分超静孔隙水压力存在,软黏土层还会产生一定的固结压缩量,称为残余变形,不过这部分压缩量很小可以忽略。因此,在研究软黏土震陷问题时主要是对地震过程中产生的震陷量进行分析。地震中作用在软黏土层的动荷载呈周期变化。利用土动力学等效应力原理,将加荷期动荷载看作等效荷载,无荷期则无动荷载,这样在加荷期和无荷期,均可将震动固结问题转化为常规固结问题进行研究。
近年来,国内外学者对软黏土震陷进行了大量试验研究和理论探索。中国科学院工程力学研究所提出了“软化模型”和震陷量经验计算公式;交通部一航局科研所采用“三试样逐级加荷法”确定黏土的动强度;Neven Matasovic等提出了改进的震陷量计算方法;中国地质科学院水文地质研究所提出了震陷量简化计算方法;还有学者提出震陷量的“损伤理论”计算方法。这些成果是对软黏土震陷研究的重要贡献。
《科技导报》2013年第17期刊登了刘金韬等的“单向与双向排水时饱和软黏土固结震陷的计算方法”论文,研究了单向排水与双向排水条件下,软黏土层在加荷与卸荷期间超静孔隙水压力的变化,提出一种相对简单的震陷量计算方法。本期封面图片展示了1976年唐山地震中沿海地区产生的震陷量等值线图,可以看出该地区普遍发生了震陷,且震陷量均超过50mm,其中以宁河地区最为严重,震陷量大于1000mm的区域超过300km2,最大震陷量达到1551mm。封面图片由刘金韬提供。本期封面由王静毅设计。
(责任编辑 韩星明)
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