最大剪切模量对土动力参数及地震反应的影响

最大剪切模量是影响土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的最重要参数之一。通常采用室内应变法来确定最大剪切模量，给出土的动剪切模量比和阻尼比，而采用现场剪切波速法求得的结果则很少见。研究了剪切波速法和应变法所确定的最大剪切模量对土动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响，推导了两种方法所确定的动剪切模量比和阻尼比之间的关系式。结果表明：最大动剪切模量对土的动剪切模量比、阻尼比和土层地震反应的影响很显著。     

粉土动力特性研究综述

粉土是一种具有特殊工程性质的土,粉土中砂粒、粉粒、粘粒都存在,这3种粒种分别具有不同的性质。总结这3种粒种对粉土动模量和阻尼的影响,得到了粉土模量阻尼的表达式以及粉土动力特性符合土体非线性和滞后性的一般规律。液化是一种特殊的强度问题,国内外预测液化可能性的方法主要有经验法、剪切波速法、Seed法、有限元法等。室内研究主要集中在粉土动力特性试验研究上,研究了各种因素影响下粉土液化特性,包括3种不同的粒种对粉土液化特性的影响,尤其是粘粒含量影响下粉土液化特性。粉土的动孔压响应与砂土有很大区别,这也可以用粉土特殊的颗粒结构组成来分析。最后,分析了粉土液化机理,并对粉土进一步研究提出了几点看法。     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

非均质土层中单桩水平简谐动力响应特性的数值分析

运用土动力学和结构动力学原理,基于改进的Winkler地基梁模型,同时考虑桩侧土的弱化效应和地基土层的成层非均质性,采用数理方程方法分别求解土与桩的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩侧向简谐动力响应特性分析的计算力学模型和方法,并将所得结果与有限元计算结果进行对比分析,验证了所提出的计算方法的合理性。通过对影响单桩水平简谐动力响应特性的各相关参数进行变动参数分析,总结出了各影响参数对单桩水平简谐动力响应特性的一般影响规律。     

基于DTS技术的多层土有效导热系数测量方法

岩土体的导热系数是开发和利用地热能的重要参数。通过室内热响应模型试验,采用分布式温度传感技术(Distributed Temperature Sensing,DTS),连续测得多层土模型饱和状态下4种常见土在试验中的有效导热系数分布和大小,分析了渗流对土有效导热系数的影响,并利用GeoStudio有限元软件对不同类型土的有效导热系数进行了模拟计算。试验和数值计算结果均表明:4种饱和土中有渗流的砂土的有效导热系数最大,无渗流砂土次之,粉土小于无渗流砂土,粘土小于粉土,有机质土的最小;渗流对砂土有效导热系数的结果影响显著,使有效导热系数增大了6倍。本试验采用DTS测试土的有效导热系数的方法可用于现场试验,所得结论为地热能开发和地源热泵设计提供了重要依据。     

多支撑基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究*

基坑开挖引起的地层移动对临近建筑物下桩基产生影响。运用岩土数值计算软件FLAC3D进行了多支撑围护基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究,采用修正剑桥硬化土模型模拟土体的非线性应力—应变关系,桩基采用线弹性模型,桩土之间建立接触面。首先在标准问题中对不同桩顶约束条件的邻近桩基进行了研究,然后就围护墙体水平位移量、桩基与基坑开挖面的距离、桩基刚度、桩基长度和桩顶竖向荷载等因素对邻近桩基的影响规律进行了研究,计算结果与先前学者的工程实测结果进行了对比,与工程实测数据在其基本分布方面具有较高的一致性,可为相关的设计施工提供参考。     

扩底桩桩侧土水平抗力的分布特性

桩侧土的水平抗力是计算桩基水平承载力的重要因素。本文对扩底桩基础桩侧水平抗力特性进行研究。制定模型试验方案,进行扩底桩水平加载室内模型试验。整理模型试验加载数据获得扩底桩在水平荷载作用下的桩顶加载位移曲线、桩侧土抗力、桩底土抗力的分布曲线等重要数据,分析各数据获得扩底桩桩侧土水平抗力的分布规律。通过有限元软件模拟不同桩长、扩底尺寸的扩底桩承受水平荷载时的加载情况,通过对数值模拟结果的分析获得扩底桩受水平荷载作用时的受力变形特性,研究不同尺寸参数对扩底桩水平受力特性的影响情况。研究表明,桩长越短越有利于发挥扩大头的嵌固作用。根据对桩底扩大头处土抗力分布曲线的分析研究扩大头的嵌固力作用,进而提出扩大头嵌固力的计算方法。     

考虑水-土-桥梁动力相互作用的大跨桥梁地震反应分析

为了研究地震动作用下动水压力对深水桥梁的影响,基于局部动力人工边界、流体边界及流固耦合理论方法建立了水-土-单桩整体模型,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,同简化的Morison方程法模拟方式及无水模型进行对比分析,研究考虑桩土作用前提下工程简化方法和考虑流固耦合的整体方法的差异,以及桩土作用下动水压力对单桩结构动力反应的影响。在此基础上,以某跨海大跨连续刚构桥为背景,首次建立了水-土-桥梁系统的整体动力有限元模型,研究水-土-桥梁系统的地震动力反应,分析了桥梁各构件的内力幅值和分布规律,并与未考虑动水作用下的桥梁结构进行对比,分析了动水压力对深水桥梁的地震反应的影响规律。结果表明,动水作用受地震波频率影响较大,但规律相近,相同外部环境下,由于上部结构和桩土相互作用的不同,动水压力对单桩的影响大于大跨桥梁桩基础的影响。对于大跨桥梁,动水作用对处于水中桩基础的影响较大,水中部分的桩基础内力增幅最大,对水位以上的桥墩影响稍小,考虑动水作用后主梁轴力增加,弯矩减小。     

桩基础影响下既有地铁隧道截面内力计算研究∗

城市已建地铁隧道的保护是目前市政建设中需要考虑的重要问题之一,针对非挤土桩和挤土桩两种桩型新建桩基础影响下既有地铁隧道的截面内力计算展开研究。采用"二阶段"法研究思想,首先基于桩基础荷载传递法、Mindlin位移解及柱孔扩张理论,分别计算得到非挤土桩和挤土桩在隧道截面位置处产生的土体位移。之后,将隧道衬砌简化为环形弹性地基梁模型,同时考虑土体抗力的影响,并将土体位移施加到环形地基梁模型,从而得到2种桩型引起的隧道衬砌截面的内力分布。研究过程中将理论结果与既有土工离心机试验进行了对比分析。研究结果表明:①计算方法得到的衬砌内力与既有文献土工离心式试验值差别不大且趋势一致,验证了计算方法的合理性;②挤土桩施工引起的隧道弯矩最大值增量远大于非挤土桩在极限荷载时的增量;③隧道截面弯矩最大值位置与桩端-隧道圆心相对位置有直接关系,大约位于桩端-隧道圆心连线相交处。     

山西黄土动剪切模量与阻尼比试验研究

土的动剪切模量与阻尼比作为土动力特性研究的重要参数,一直备受关注。为了研究山西地区黄土的动力特性,对山西某土石坝坝基黄土进行了共振柱与动三轴试验,获得了在较大应变范围内的动剪切模量与阻尼比试验数据。试验结果表明,山西黄土动剪切模量与阻尼比均显著受初始含水率影响,其归一化的动剪切模量能够用修正的Hardin模型进行拟合,并给出了相关参数;阻尼比可以采用本文建议的公式进行拟合,拟合效果良好。最后,采用经验公式确定了不同围压下的最大动剪切模量的参数。     

能源桩-土体接触力学特征试验装置的研发与应用

研发了能源桩-土界面特性测试仪,在测试仪中安装可控温钢筋混凝土模型桩,在桩周围填充各类土体,模拟不同地基中的能源桩。通过对土体施加一定的恒定竖向荷载模拟不同深度的土层。模型桩中安装有换热管,利用低温恒温水浴,通过循环液控制桩体的温度,模拟能源桩吸热、放热过程。利用铂电阻温度传感器测量桩和土体的温度;利用安装在桩体表面上的微型土压力计测量桩-土界面的法向应力;利用FBG准分布式光纤传感技术测量桩体的周向变形。以砂土地基为例,通过冷热循环试验,准确得到了桩温、土温、桩-土界面的法向应力和桩的周向变形,说明EPSICA可以用于揭示桩-土界面的接触力学特征,为能源桩的热、力学行为研究提供了新的手段。     

CFG桩复合地基加固高速公路软基的现场试验研究

CFG桩复合地基处理高速公路软基的设计参数是否合理,应看其实际发挥的承载能力及承载时变形的性状。通过对CFG桩复合地基桩、土应力和表面沉降的现场观测,研究了路堤荷载下CFG桩复合地基桩顶、桩间土的应力和沉降变化规律,根据实测数据分析了褥垫层厚度、桩间距及桩体强度等设计参数的合理性。结果表明,路堤荷载下,CFG桩、土最终可达到变形协调,桩、土应力比与桩、土沉降差有着密切的关系,疏桩形式时桩间土承担着大部分荷载;同时,CFG桩复合地基作为路堤荷载的地基时,可设计为桩间距较大的疏桩形式,桩体设计强度可以取得低一些,褥垫层厚度也应适当取大。     

软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基工作状态分析

软土场地碎石桩因具备桩体侧向变形大、超孔隙水压力消散慢的问题,导致出现基础沉降大、土体固结排水速度慢等工程病害。路堤下采用加筋碎石桩复合地基是处理软土场地的主流方法。本文采用二维有限元方法,建立考虑路堤填筑过程的软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基数值模型,探讨了加筋碎石桩复合地基承载力的影响因素。基于达西定律和比奥固结理论,分析高地下水位场地条件下加筋体刚度和桩数对加筋碎石桩复合地基工作状态的影响规律。研究表明:增大褥垫层厚度和减小褥垫层模量均能够提高桩土应力比,改善桩顶应力集中的问题。与传统碎石桩相比,高地下水位条件下加筋碎石桩复合地基中超孔隙水压力消散速率快,桩数增加可以有效提高复合地基排水速率。     

刚性桩复合地基地震响应的拟静力简化计算方法

刚性桩复合地基在建筑结构中已得到广泛应用,但对其地震作用下的动力响应研究还不够充分。采用上海市《建筑抗震设计规程》8度罕遇地震的规范标准反应谱拟合生成人工地震波,以软土场地中的某10层钢筋混凝土框架结构为对象,将土体自由场变形和上部结构惯性力对桩身内力的影响分开考虑,提出一种拟静力简化计算方法,分析刚性桩复合地基的地震响应。并建立刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,利用数值方法进行动力时程分析,验证了拟静力方法的合理性。进一步分别计算了自由场位移对桩基的作用、刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体地震响应以及桩筏基础地震响应。结果表明:拟静力方法与数值方法较为吻合,复合地基的桩身内力和筏板底加速度峰值均小于桩筏基础,褥垫层对地震波具有滤过作用,显著减轻了地震的作用效应。     

支桩沉降的非线性组合算法∗

提出一种适用于支桩沉降分析的非线性组合算法。基于荷载传递法,对桩侧摩阻力计算采用三折线模型,对桩端阻力采用双曲线模型,提出符合支部结构力学构造的支端阻力与位移的非线性表达。为验证支桩沉降的组合计算方式,建立了模型试验,试验数据与计算数据较为吻合,具有较好的适用性及操作性。     

拱形双排隔离桩对既有隧道的保护效果研究

采用隔离桩来保护邻近基坑的既有隧道是工程中常用方法,目前隔离桩平面排列形式多采用传统的矩形行列式。以杭州市某房建地下室基坑工程为例,提出由直线形排桩和弧形排桩组成的拱形双排隔离桩及相应的优化方案,采用ABAQUS有限元软件建立三维模型,研究了隔离桩中心距、桩半径、平面位置以及弧形排桩曲率半径等因素对隔离效果的影响,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道衬砌总位移存在最大值和最小值,隧道衬砌总位移最大值点位于拱底,最小值点位于拱顶,隧道衬砌整体呈现出沉降的趋势。减小隔离桩中心距或增大隔离桩半径均可减小隧道衬砌的位移,拱形双排隔离桩的保护效果优于传统形式;将拱形双排隔离桩设在距基坑10 m处,并将弧形排桩设在隧道一侧更合理;弧形排桩曲率半径对隧道保护效果存在合理值;采用优化方案时隧道位移比原方案减小45.7%,隧道更趋于安全。     

基于IPOA的巨型组合框架结构震损快速预测模型研究∗

为实现巨型组合框架结构的地震损伤程度快速评估,提出了一种基于改进鹈鹕优化算法（IPOA）的多参数震损预测方法。设计了5 个不同参数的巨型组合框架结构模型,利用振动台试验和有限元软件进行非线性时程分析获取结构动态响应数据,并采用结构损伤指数量化评估结构的损伤程度。同时,引入K 均值聚类优化策略和惯性权重自适应优化策略改进传统的鹈鹕优化算法。基于振动台试验和有限元分析结果数据,比较了不同输入参数组合预测结构损伤的准确性,构建了能反映结构参数与结构损伤之间非线性关系的智能算法快速预测模型。最后,将模型预测结果与一缩尺比为1/15 的振动台试验模型结构损伤程度进行对比验证。结果表明：（1）改进鹈鹕优化算法模型的准确性和泛化能力均优于其他算法模型;（2）最大层间位移角与结构损伤相关性最高,增加影响结构损伤的输入参数可提高预测模型的准确度和泛化能力;（3）模型预测的结构损伤指数与试验结果相比误差均小于10%,预测结构损伤等级与试验结果一致,所提出的快速预测模型能高效准确地预测结构的损伤指标,为巨型组合框架结构震后损伤快速评估提供了一种新方法。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

参数完全不确定系统在未知输入下的损伤识别

由于各种因素的影响,实际结构系统与计算模型有着不小的差异。本文针对结构系统参数及基底输入完全未知情况下的损伤识别问题,构造了与质量无关的结构规格化刚度参数和阻尼参数,提出了关于结构规格化参数和层间质量比的非线性最小二乘迭代优化识别方法,并给出了用规格化参数进行识别损伤和地震动反演的公式。算例表明本方法是有效的。