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。     

变频规则波输入下直斜群桩动力响应对比试验研究

通过对2×2直斜群桩结构进行振动台模型相似比设计,围绕不同频率正弦波输入下的非液化砂土与饱和砂土中群桩-承台-上部结构体系开展横向动力响应特性试验研究。结果表明:①在输入相同频率正弦波情况下,无论是直桩群还是斜桩群,其位于饱和砂土中的动力响应放大倍数均大于相应非液化砂土工况下的放大系数,且直群桩的横向动力响应比斜群桩动力响应更显著;②随着输入波频率的增加,各试验工况的承台结构动力反应系数均有所增长,直桩群和斜桩群在饱和砂土工况中的加速度和位移的放大倍数增长较非液化砂土工况明显,直群桩比斜群桩增长显著。     

对称斜群桩侧向动力响应及p-y曲线规律对比试验研究

通过电磁式振动台试验方法,根据相似比理论设计制作对称四直桩和对称四斜桩模型,进行饱和砂土中直斜群桩侧向动力响应试验研究。台面输入加速度峰值为0.15g的正弦波,其频率大小分别为1.5Hz、3Hz和6Hz,以对比分析在不同频率正弦波输入下的斜群桩侧向动力响应特性和p-y滞回曲线规律。试验研究结果表明:(1)在不同频率输入下,通过对比承台加速度和位移峰值大小,对称四斜桩能有效减小桩身的侧向动力响应,在抵抗水平地震作用方面效果要好于四直桩模型;(2)饱和砂土的液化速度与输入正弦波频率成正相关;(3)孔压上升初期p-y滞回曲线不规则,包围面积较小;孔压快速上升周期的p-y滞回曲线近乎椭圆形,包围面积增加,滞回耗能变大,桩土相对位移的正负变化体现了桩土互推的作用过程;(4)土样中接近土表面位置处的p-y滞回曲线的面积略大于较深处点,说明靠近土表位置处的桩土相互作用耗能更加显著。     

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。     

液化对砂土场地地表加速度响应的影响

在饱和砂土场地振动过程中,孔隙水的发展会影响土体的有效应力和土骨架对地震波的传播。采用离心机动力试验和数值分析手段对不同强度振动作用下的砂土场地响应进行了研究,并利用观测和计算结果对现行液化评估简化方法进行了分析验证。结果表明:当振动强度较大时,土体的液化将导致加速度急剧衰减;采用完全耦合分析能再现超静孔压的发展和液化对加速度传播的影响,但总应力分析严重高估了地表的加速度;应用简化方法进行液化评估时,确定地表处水平加速度峰值应考虑场地对地震波的放大效应,但应忽略超静孔压的影响。     

液化侧扩流场地桩基动力反应振动台试验数值模拟

针对已完成的振动台试验,采用OpenSees数值模拟计算平台,建立液化侧扩流场地群桩振动台试验数值模型。该模型中,采用线弹性梁柱单元模拟桩和挡墙,采用刚性连接单元和零长度单元模拟桩-土界面。自由水体通过施加节点孔压和节点力模拟。引入多屈服面塑性本构模拟饱和砂层,采用两相完全耦合的u—p形式模拟土体位移和孔压。通过对比振动台试验结果表明,建立的有限元数值模型能够可靠地再现砂层和桩基的动力响应,进而验证数值模型的可靠性。同时,针对两个代表性时刻,分析了桩-土体系的侧向变形响应。所采用的分析方法和相关结论也为同类桩-土体系数值模拟提供一般性分析方法和思路。     

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。     

可液化场地桥梁群桩基动力反应振动台试验研究

针对上覆0.3m粘土层、下伏1.2m饱和砂层的可液化场地,采用2×2群桩-低承台-独柱墩结构,完成了可液化场地桥梁群桩基动力反应振动台试验。结果表明:随着埋深增加,土体孔压、加速度和位移趋于减小,随着输入频率的增大,土体孔压和加速度增大,土体位移则减小;桩的加速度和弯矩反应自下而上呈现增大趋势,桩的弯矩在承台处达到最大值,且随着输入频率的增大而减小;随着埋深的增加,桩上土反力和桩-土相对位移减小,土体模量增大;随着输入频率的增大,土体模量及耗能变小。     

基于FLAC3D液化场地桩基动力反应振动台试验数值分析方法∗

液化场地桩基动力响应是岩土地震工程领域重要的研究课题,而研究液化场地桩基动力响应有效的方法包括大型物理模型试验和数值模拟。鉴于此,针对已完成的振动台试验,采用 FLAC3D有限差分计算程序,建立了液化场地桩?土动力相互振动台试验数值模型。在数值模拟中,承台采用实体单元,桩采用桩单元,柱墩采用梁单元, 考虑液化效应的饱和砂土采用 Finn 模型,粘土采用 Mohr?Coulomb 模型。模型边界采用自由场边界,采用弹簧?滑块?裂缝单元模拟桩?土界面。通过对比振动台试验结果表明：建立的有限差分数值模型能够再现结构和地基的动力响应,进而验证了数值模型的可靠性。同时,分析了引起数值计算结果与试验结果差异的主要原因。所采用的数值分析方法对类似布置的桩?土相互作用数值分析提供参考与借鉴。     

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。     

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。     

场地土-群桩基础-结构体系动力响应研究——大型振动台系列试验方案设计

以饱和砂土液化后场地失效模式特征与场地失效时群桩基础地震反应破坏机理为研究目的,依托中国建筑科学研究院大型模拟地震振动台系统,开展可液化场地、非液化场地在水平地震动激励下桩-土-结构动力相互作用动力体系大型振动台系列试验。基于本次系列试验研究对象以及试验目的,阐述了系列试验中动力模型体系相似比设计的基本原则、地基的制备、模型结构制作、各个种类传感器的选择与布设、输入地震记录的选取与工况安排等内容,介绍了阵列式位移计、非接触式位移动态采集系统等新型传感测试设备,并对所采用的层状单向剪切模型土箱设计合理性与科学性进行了验证。由之后的试验结果可知,本次系列试验设计方案是合理、可靠的,层状剪切模型箱的"模型箱效应"很小。     

基于粒间接触关系的饱和砂土液化特性研究∗

为了研究饱和砂土的液化机理,通过等体积加载的方式建立了循环荷载下饱和砂土动力响应的颗粒流计算模型,研究了饱和砂土在不同围压和加载幅值下的动力响应,探讨了颗粒间力链的发展特性,并从Shannon 熵、Boltzmann 熵以及Clausius 熵的基本关系入手,建立基于粒间接触力链的饱和砂土颗粒熵计算方法,分析了颗粒熵发展特性。结果表明：饱和砂土初始总力链主要受围压的影响,围压越大,初始总力链越多;循环荷载下饱和砂土颗粒间力链总数逐渐降低,且强力链持续向中、弱力链转换;循环荷载下饱和砂土颗粒熵表现出先升高后降低的二阶段特性,围压和加载幅值对颗粒熵峰值无明显影响,各工况的颗粒熵峰值均为0.92;定义颗粒熵峰值为相变颗粒熵,相变颗粒熵时的饱和砂土表现出固液临界态的力学特征,指示了饱和砂土由固态向往返液化状态转变的临界点。     

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。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

液化侧向扩展场地⁃桩基础抗震研究综述∗

桩基础作为一种重要的深基础形式,广泛应用于近海桥梁、海上风电、港口码头等工程中,然而近年来发生的地震中,出现了大量伴随液化侧向扩展的桩基础破坏实例,引起岩土地震工程界的广泛关注。国内外学者采用模型试验、数值模拟、简化分析方法等手段展开研究,成果丰硕,通过对桩基础地震反应深入系统的分析,深化了对桩基础抗震性能的理解,但由于模型试验方法与测试技术的不同、数值模型与分析方法的差异性、桩-土-结构地震反应的复杂性等原因,围绕液化侧向扩展场地-桩基础的抗震研究仍需大量具有实际意义的工作。通过查阅震害调查资料,阐述了液化侧向扩展及桩基础震害现象,然后围绕振动台试验中实现液化侧向扩展的方式、关键试验测试技术等方面进行总结,针对已开展的倾斜液化自由场及桩基础1-g振动台试验和离心机试验做简要介绍。回顾了液化侧向扩展大位移分析方法、桩-土精细化数值模拟方法、简化分析方法的研究现状与进展,着重对有限元方法中的桩-土界面模拟、饱和两相介质u—p格式高效数值计算方法进行探讨。对比了国内外规范对液化侧向扩展场地桩基础抗震设计的要求。指出现有研究中的不足,并对今后研究中需要重点关注的问题进行阐述。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

冲击荷载下层状饱和无粘性土动孔压发展模式研究∗

为揭示饱和无黏性土层在冲击荷载作用下动孔压发展模式及其受土层条件的影响,基于自主研制的冲击荷载加载台装置,开展了不同土层条件层状饱和土冲击试验,对动孔压发展特征及土体沉降等进行了分析。结果表明：冲击荷载作用下,无粘性饱和土体动孔压发展呈明显两阶段,即瞬态响应和稳态响应阶段,其中稳态响应阶段动孔压发展又经历缓慢下降及快速下降两过程。单层土情形下,饱和砂土在冲击荷载后动孔压发生骤增,随着粒径的增大,动孔压峰值越大,但其消散用时则随粒径的增大而减小;双层土情形下,动孔压稳态响应阶段因上下土层渗透系数变化,在其下层土动孔压下降过程产生明显变化;当含有相对弱透水夹层时,受弱透水层影响,各测点动孔压下降段几乎在同一时刻均出现明显转折平台,使其下降的速率明显变小,且该现象弱透水层以上土体较其下部土体更为显著;含夹层时,试验过程出现明显非均匀分布的“水膜”,最大厚度可达2 cm 左右。同时,每次冲击荷载下均伴随明显的土体沉降,随着冲击次数增加,土层沉降变化量逐渐减小。     

排水刚性桩处置可液化倾斜场地的振动台试验研究∗

排水刚性桩将竖向排水体和刚性桩相结合,是一种有效的地基抗液化处理措施。但目前对排水刚性桩在可液化倾斜场地中抗液化侧向变形的性能研究还比较缺乏,制约了其推广与应用。通过振动台试验,开展了可液化倾斜场地中排水刚性桩和普通刚性桩的对比研究,从土体内部动孔压响应、液化土体的流动性质、桩顶水平位移等角度研究了排水刚性桩对可液化倾斜场地的处理效果,并考虑了群桩布置形式的影响。结果表明,排水刚性桩是一种有效的加固可液化倾斜场地的处理措施,可以较好的限制液化土体侧向变形;相同群桩布置形式下,排水刚性桩限制土体流动变形效果优于普通刚性桩,且这种限制效果在坡顶位置更为明显;对于普通刚性桩,群桩梅花形布置形式相对于正方形布置形式能更好的阻止液化土体的流动变形,而对于排水刚性桩,群桩布置形式影响较小。     

自由场地液化振动台实验结果分析与数值模拟

通过拉格朗日差分程序FLAC3D完全非线性动力分析模块,模拟了自由场地液化振动台实验并对实验结果做出分析,结果表明:该动力分析方法能够较好地反映液化土层地震响应,实验结果也验证了模拟结果的精确性;液化土层滤波作用起始于孔压比上升的时候且较为明显,液化后加速度时程的卓越周期有所增加;本文实例中的液化土层对地震动具有放大作用,液化范围越大,其放大作用越明显,且在长周期段放大作用更为突出。