基于Matasovic骨架曲线的有效应力方法在ABAQUS软件中的实现

将描述土体液化特性的Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型与修正Matasovic黏弹性本构模型相结合,以外挂子程序的形式,嵌入到ABAQUS软件中,实现了可液化地基孔压增长过程的数值模拟。以简单应力状态下的可液化地基为例,初步验证了该子程序的动力有效应力分析能力;对某液化场地进行了二维非线性的总应力法和有效应力法对比分析,给出了地表加速度和地表加速度反应谱的对比结果,同时给出了代表性单元的剪应变时程曲线。结果表明,该子程序能够较好地模拟液化场地的振动孔压发展过程,预测场地的地震液化趋势。     

饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩动力响应规律研究∗

为研究饱和砂土场地地震液化情况下直斜群桩水平动力响应规律,使用浙江大学ZJU400土工离心试验设备进行了饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩的离心机振动台模型试验,通过两组试验分别对于不同土层处的加速度时程以及孔压比进行分析。同时,结合饱和砂土的液化情况,分别针对2×2高承台直斜群桩在振动过程中承台水平动力响应以及桩身弯矩峰值的变化进行了对比分析。试验结果表明:随着振动强度的增大,饱和砂土层液化深度逐渐增加,尤其在近桩位置土层孔压比变化更为明显;直群桩承台水平加速度峰值在一定范围内出现了放大的现象,而斜群桩承台则基本未发生此显现;随振动强度的增加桩身弯矩峰值分布发生较大变化,其变化情况与饱和砂土液化有着较为密切的关系,在0.05g和0.1g工况下斜群桩桩身弯矩峰值明显小于直群桩,而0.3g工况时斜群桩桩身弯矩峰值出现了显著增加的现象并超过了同工况下直群桩情况。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

可液化地基中隧道上浮的模型试验研究∗

地下隧道在修建过程中不可避免会穿越可液化地层,在地震作用下会发生砂土液化从而导致结构破坏。以安徽省亳州市汤王大道过河隧道工程为背景,采用室内振动台试验进行缩尺模型的设计与研究,分析地基土体与隧道结构的振动液化响应规律,研究过河隧道工程在地震液化时的上浮变形机理。结果表明：上层土体达到液化时会较下层延迟1.5 s 左右,表明上部土体抗剪强度的衰减比下部土体更加明显;土体深度越大,超静孔压上升越快,且峰值越高;振动开始时由于下层土体先液化,会导致一定的向下位移,之后由于浮应力大于有效承载力导致隧道逐渐上浮并趋于稳定,当振动结束后位移的上浮量为8.9 mm。     

饱和砂土场地‑地铁车站地震响应参数敏感性分析∗

为进一步研究饱和砂土场地?地铁车站结构体系地震动响应的参数敏感性问题,以某单层双跨地铁车站为研究对象,采用 u-p 格式饱和两相介质有效应力动力求解方法,建立了饱和砂土场地?地铁车站结构体系耦合动力数值分析模型,选取土体剪切模量、渗透系数、内摩擦角和地震动强度作为敏感性影响参数,在基准值误差分析的基础上进一步开展灰色关联分析,得到了地震动响应影响因素的灰色关联度序列。计算分析结果表明：近场特征点动孔压比峰值对地震动强度和土体剪切模量的变化更为敏感,而加速度峰值对地震动强度和内摩擦角变化更为敏感,中柱上下端动剪力与动弯矩对内摩擦角和地震动强度的变化更为敏感。此参数敏感性分析流程方法,可为地铁车站抗震设计和减灾预测评估提供参考。     

基于液化效应的地下结构动力反应及简化分析方法研究

为了分析液化条件下的地下结构动力反应以及得到相应的简化分析方法,采用数值计算方法,基于ABAQUS软件平台,获得了液化场地的孔压效应,得出了液化场地对地下结构动力作用影响,分析了地下结构的损伤特性和变形特征。结果表明:随着峰值加速度的增加,场地的液化区域逐渐增大,孔压比的极大值区域出现在地下结构顶板上方;由于上覆土层的影响,地下结构的损伤以压缩损伤为主;在相同地震动作用下,液化场地中的地下结构损伤程度大于非液化场地中的地下结构损伤程度,并且得出地下结构的变形是以侧向变形为主。针对液化场地对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型,得出液化土体中地下结构侧向变形的解析解,并通过了数值分析结果验证了该简化分析方法正确性和可行性。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

饱和大厚度砂土地基中长短碎石桩屏蔽效应及其抗液化评价

针对阿喀公路AK-3标段饱和大厚度砂土地基存在的地震液化问题,虽然工程中采用强夯法处理但抗液化检测表明并不能解决地基液化。碎石桩是一种有效的地基液化处理措施,但采用经济的长短碎石桩在处理饱和大厚度砂土地基中抗液化性能评价的相关研究较少。本研究提出了经济、合理的长短碎石桩加固大厚度砂土地基的方案,基于弹塑性动力固结理论和三维动力固结有限元程序FEMEPDYN,对比分析了天然地基和长短碎石桩加固地基的震陷、动孔压分布及超静孔压比。研究结果表明,采用长短碎石桩加固处理后的饱和大厚度砂土地基震陷降低了86. 7%,动孔压降低了89. 3%,超静孔压比降低了89. 5%,路基两侧长碎石桩对地震波传播具有一定的屏蔽效应。长短碎石桩加固方案对砂土地基抗液化效果明显,长短碎石桩处理饱和大厚度砂土地基是一种经济有效的处理措施。     

地铁振动荷载作用下场地动力响应及振动衰减规律研究∗

地铁列车运行引起的场地振动对临近建筑、精密仪器等带来不可忽视的影响。为了研究场地在地铁运行振动荷载作用下的动力响应规律,基于 ABAQUS 软件建立了地铁隧道?土相互作用系统的二维有限元模型,并通过现场试验监测数据验证了模型的有效性。在此基础上,通过对场地表面振动峰值速度和加速度时程分析,研究了隧道埋置深度、土体阻尼比、土体不均匀性对场地地表振动特性及衰减规律的影响。研究结果表明：在一定范围内,土体表面的动力响应随着隧道埋置深度、土体阻尼比的增大而减小;不同土质条件下的场地地表的动力响应有一定的差别,但随着距离的增大,差别逐渐缩小。基于上述参数分析,采用 MATLAB 对峰值速度衰减曲线进行拟合,给出了场地振动衰减预测公式,可为振动敏感建筑场地的选择提供参考。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用"土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪"对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1.0、1.5固结比和0.05、0.10、1.00 Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70%、28%的密砂和松砂进行了100、200、300 kPa围压和100 kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0.05 Hz变化到1.00 Hz时,液化强度相差达25%以上;动强度指标φd值随振动频率的增大而增大,最大相差12.2%;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。     

地下水位改变对地下结构及土体地震反应的影响

利用FLAC3D软件,把土与地下结构的相互作用问题视为平面应变问题,分别采用Mohr-Coulomb本构模型和Finn本构模型来描述处于水位线上、下土体的非线性动力特性和孔隙压力的发展规律,对地震作用下的不同工况进行了数值模拟。结果表明:水位线上升,孔隙压力大幅度提高,孔压比增加,结构周围土体更容易发生液化;上下板和中柱的加速度峰值产生时刻与地震波峰值产生的时刻相同,而且水位变化对上下板和中柱的加速度影响不明显;底板两角隅处的应力大于中柱的应力,并且底板的主应力都随着地下水位的提升而增大。     

可液化地基群桩基础地震反应总应力与有效应力分析的比较

可液化土体动力特性的描述方法可能对群桩基础动力反应产生显著的影响。基于Davidenkov本构模型和Byrne改进的增量孔压模型,对比分析了总应力法和有效应力法计算的可液化地基中群桩基础地震反应特性。结果表明,群桩外侧地基最易液化,自由场地基次之,群桩内地基土最不易液化;与总应力法的计算结果相比,有效应力法计算得到的地表加速度反应谱谱值的短周期过滤和长周期放大效应更加显著,卓越周期向长周期方向移动;同时,有效应力法计算得到的桩身弯矩也有所增大。     

细粒含量对饱和砂土流动性影响的试验研究

开展了不同细粒含量饱和砂土的不排水循环三轴试验,基于已有饱和砂土流动性的概念,详细分析了不同细粒含量饱和砂土应力—应变率曲线、流动性曲线以及平均流动系数—孔压比关系曲线特征。讨论了细粒含量对饱和砂土流动性影响的主要规律。结果表明:不同细粒含量饱和砂土在循环荷载下具有相似的流动性演变规律和过程;循环荷载下饱和砂土的流动性与土体的颗粒级配密切相关;试样细粒含量在0%~20%时,其流动性与细粒含量关系近似呈上凸抛物线形;当细粒含量为10%时,饱和砂土对应初始流体状态的孔压比最小,"初始液化"前后的流动性水平最为显著。     

基于离心模型试验的自由场地震响应研究

本文进行了砂质粉土层自由场地震响应的离心机振动台模型试验,研究了不同地震荷载条件下自由场的响应。研究结果表明,自由场响应与地震强度条件密切相关,地层响应加速度具体量值随入射地震波强度的增加而增大,但加速度放大系数却随地震强度的增大而减小,此外,地震强度对场地的侧向水平位移和地表沉降同样存在影响。     

饱和砂土地震液化后地面大位移特性研究

地震引起的地基液化常会造成地基大的侧向变形而导致灾难性的破坏,饱水砂土液化后的变形特性是地震液化大位移研究的基础。通过全自动多功能三轴仪的空心样动加载液化后的静扭剪试验,对饱水砂土液化后大变形特性进行了试验研究。结果表明,与常规静加载特性不同,饱水砂土液化后静加载时表现出单调剪胀的特性,加载初始阶段孔压基本不变,应变达到一定幅度后孔压一直减小,液化后变形曲线可分为低强度段和强度恢复段。低强度段模量近乎为零,强度恢复段试样强度不断增长。低强度段是液化后大变形发生的主要阶段。     

本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

液化土体侧向扩展条件下群桩动力响应振动台模型试验

为研究液化土体侧向扩展对群桩基础动力响应的影响,设计了可液化场地流动变形对桩基础地震反应影响的小型振动台模型试验。采用"钢带法"估计不同位置、不同类型场地地基土的侧向位移,探讨了地基土侧向流动速率与桩基结构地震内力的相关性,对比分析了上部结构惯性力及场地类型对桩身内力反应的影响,研究了由倾斜场地土体侧向扩展导致的群桩偏移运动。试验结果表明,桩周及下游土体的侧向位移随着土层深度的减小而逐步增大。可液化土体发生液化时所产生的流滑效应促使土体孔压加速消散。在水平场地条件下,土体侧向扩展沿土层深度方向线性分布;而倾斜场地条件下,土体的侧向扩展沿土层深度呈"抛物线型"分布。随着地基土液化,群桩基础受到的土体侧向约束力逐渐降低,进而使得群桩的峰值位移逐渐减小。     

复杂土层结构黄土场地地震动反应特性

基于复杂土层结构黄土场地的振动台缩尺模型试验,揭示了强震作用下场地的地震动响应规律;结合数值仿真模拟,分析了模型场地位移变化规律、地震波传播特征等。结果表明:(1)输入同一地震荷载情况下,峰值加速度(PGA)沿高程方向呈现递增趋势;同一监测点,PGA变化与地震动强度呈现正相关。(2)水平分量PGA大于垂直分量PGA;试验结果和计算所得PGA放大系数变化略有差异。(3)地表位移放大系数在2. 5～3. 5范围内变化;位移峰值的变化趋势与加速度峰值变化相似。(4)地震波传播速度变化与高程之间呈现负相关关系;在上覆土层厚度小于42. 5 m的情况下,地震波传播速度受上覆土层厚度影响较小;地震波在该黄土场地传播的过程中,其水平分量速度较垂直分量速度递减明显。试验与计算结果对黄土场地建筑选址和抗震设防具有一定的参考意义。     

碎石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题

就目前国内外碎石桩处理液化地基抗液化理论、动力分析以及液化判别等方面的研究作简要的归纳和评述。在加固机理研究方面,主要认为碎石加固砂土有以下几种作用:(1)挤密作用;(2)振密作用;(3)排水减压作用;(4)预震作用;(5)加筋作用。其次,在理论研究方面如排水效应和桩体效应方面的研究也取得了长足进展,已经从总应力法深入到有效应力法,从只对孔压的研究发展到对水土共同作用的研究。并且随着计算机的发展,数值计算为复杂条件下的问题解答开辟了一个新的途径,现在已经可以模拟地震时土体的变形和孔压变化情况。但是在碎石桩处理液化地基的判别标准研究方面发展较慢。最后,对高速公路碎石桩复合地基抗液化研究方面的一些不足之处提出了解决的思路,主要包括:(1)上部荷载对复合地基的影响;(2)碎石桩处理深度设计时应考虑的影响因素;(3)碎石桩加固区与周围环境的相互作用;(4)考虑碎石桩排水、应力集中和附加应力共同影响下的液化判别标准。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力—应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量G_(sec)和最大割线模量G_(max)的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。