液化地基中重力式码头地震残余变形计算法的动力试验验证

液化地基中海港码头工程的地震残余变形的预测是地震工程安全设计中重要的环节,码头身后回填砂土因地震作用引起的超静孔隙水压力发展水平对码头地震变形有着重要的影响。引用液化度指标衡量超静孔隙水压力的变化特征,计算码头作旋转和滑动运动的地震残余变形的方法称为拟动力法,通过应用1g-振动台试验与120g-离心振动台试验的两模型测试结果验证计算码头地震残余变形的拟动力理论方法的合理性与可靠性。计算结果表明当计算中采用的地震动输入加速度与试验相同时,预测出的位移变化规律以及残余变形的计算值与测试值规律具有较好的一致性,表明对于均匀波动的地震载荷,该方法预测的地震残余变形较理想。     

地震作用下饱和回填砂土重力式挡土结构滑动与转动位移分析

 预测地震作用下重力式挡土结构的位移是基于位移抗震设计方法的关键。基于Newmark滑动理论、超孔隙水压力应力模型和累积损伤原理,建立饱和回填砂土中超孔压比时程计算模型,以及墙体滑动和转动临界加速度时程计算模型。基于所建立的模型,提出用于计算饱和回填砂土重力式挡土结构滑动和转动位移的计算方法。采用该方法,分析土体参数和地震动参数对墙体滑动及转动位移的影响,并对墙体滑动与转动的耦合作用进行研究。结果表明,填土不发生液化的情况下,滑动位移对土体相对密度和墙体与地基土间的摩擦角十分敏感;转动位移对输入地震的震级、水平加速度和竖向加速度、填土的内摩擦角、墙背摩擦角和相对密度均较为敏感。超孔隙水压力对墙体滑动和转动位移的影响不可忽视。在地震作用下墙体与墙后填土破坏土楔体共同运动的假设条件下,墙体滑动与墙体转动相互抑制。     

大型沉箱式码头岸壁地震反应分析

在１９９５年１月１７日本阪神大地震中，大量沉箱式码头岸壁遭到严重破坏。为了探讨地震时岸壁的破坏机理，进行了非线性动力有效应力分析。计算中以应变空间的多重剪切机构塑性模型为本构关系。用神户市港岛地下３２ｍ深处实测的地震加速度作为输入波形，同时考虑了地基、结构与流体的相互作用。计算结果表明，沉箱顶部最大水平残余位移为３．４１ｍ，最大沉降１．５６ｍ，沉箱倾斜角为３．２°。有效应力的预测结果与地震后实测结果基本一致。计算结果还表明，沉箱背后回填土的液化和沉箱下部置换砂中超静孔隙水压力的升高对沉箱岸壁抗震性能有重要影响。此外，还探讨了地基处理对地震下沉箱变形的影响。     

考虑性能退化的单自由度体系震致残余位移分析

震损结构的安全评估和防护修复十分重要。震动冲击对结构产生残余变形,而地震下结构的残余位移与峰值位移高度相关,因而可作为震损定量评估的重要依据。基于考虑刚度和承载力退化的单自由度模型(SDOF),选取75条实际地震记录进行弹塑性动力时程分析,研究刚度退化、强度退化及滞回捏缩效应对SDOF体系残余位移响应的影响。结果表明,考虑上述性能退化会对SDOF体系的残余位移分布规律产生较大影响。其中,考虑刚度退化会降低残余位移比,考虑强度退化则会增大残余位移比,且当考虑滞回性能的捏缩效应时,残余位移比分布的离散程度更低。最后得到了以屈服段刚度比表达的残余位移计算式及考虑捏缩效应时的修正系数。研究建议应根据分析对象选用适合的滞回模型,并合理考虑刚度及滞回模型捏缩效应的影响。     

考虑流固耦合作用的高土石坝动力分析

在土石坝施工、蓄水和遭遇地震时,流固耦合作用对土石坝的静动力响应有重要影响,应在计算分析中有所考虑。以糯扎渡高心墙堆石坝为例,选用莫尔–库仑弹塑性模型来描述坝料的力学性质,并采用流固耦合的方法对该坝进行了静动力分析。静力分析中模拟了大坝施工和蓄水过程,然后基于静力分析得到的初始应力场,采用完全耦合的非线性方法研究了大坝的地震动力响应。该分析方法能够更为合理准确地描述土石坝在地震动作用下残余变形的发展及超静孔压的累积和消散过程。计算结果表明:超静孔隙水压力随地震过程逐渐累积,最大值出现在心墙的底部;由于鞭梢效应,加速度放大系数在坝顶处达到最大;水平和竖直方向的永久变形同样都是在坝顶处达到最大值。     

地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

 以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明：地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。     

考虑动水压力的连续刚构桥地震反应分析

提出一种适用于计算深水桥墩的地震动水压力公式,并在有限元模型中采用附加质量的方法来考虑地震时动水压力的作用,用ANSYS程序对某连续刚构桥进行地震反应谱分析和时程反应分析,比较不考虑动水压力和考虑动水压力两种情况下的分析结果.分析表明,在各个截面,考虑动水压力时的地震反应内力和位移比不考虑动水压力时的地震反应内力和位移大,但两者相差不多.     

动主应力旋转下砂土孔隙水压力发展及海床稳定性判断

海洋波浪荷载可以简化为连续行进的无限长简谐荷载，它在海床内土体中引起的动应力的特点是动应力幅恒定，动主应力方向连续旋转。本文介绍用双向振动的动力扭剪仪实现这种加载方式的试验结果，着重研究这种加载条件下土样中孔隙水压力的发展规律。通过对系统试验资料的回归分析，将孔隙水压力表示为振动次数的函数或者是广义剪应变的函数。最后通过算例说明利用孔隙水压力公式判断海床土体在波浪荷载作用下发生破坏的可能性，并用常规动扭剪试验资料作对比，说明不考虑动主应力旋转可能带来的差别。     

基于流–固耦合的近海风电基础地震反应分析

结合近海风电单桩及四桩基础支撑体系工程实际场地资料,采用有限元数值分析方法,考虑水–土–结构动力相互作用,即考虑流–固耦合效应、饱和土的多孔介质渗流属性及桩–土接触相互作用,分析结构体系动力特性及地震反应。分析单桩有水与无水及四桩有水与无水4种工况支撑体系的自振特性和单桩有水与无水2种工况支撑体系的地震反应。结果表明:水层对结构低阶频率影响不大,对高阶频率降低幅度较大;水层对体系的水平位移、竖向沉降、峰值加速度及有效应力均有不同程度地削减;地震作用下土体的超静孔隙水压力呈现波动特性;结构的位移及应力响应均能满足规范要求。证明考虑多介质耦合的动力有限元分析方法是解决复杂海上风电基础地震响应的有效方法。     

碎石桩抗地基液化方案的对比分析

地基的液化对地基的抗震性能影响很大。通过有限元方法,对碎石桩加固前后的地基分别从土体有效应力和超静孔隙水压力角度进行对比分析,探讨在不同地震方向增补碎石桩对地基抗液化性能的影响。结果显示:对于易液化的地基,采用碎石桩加固后,地基的超静孔隙水压力大幅度减小,孔隙水压力消散加快,抑制地基液化的效果明显。此外,碎石桩的间距和单位有效置换面积是影响地基抗液化效果的主要因素。     

强地震荷载作用下临水挡土墙的拟动力法稳定性分析

 假设墙后填土破坏面为曲面,用正弦波模拟地震加速度时程曲线,采用拟动力法对临水挡土墙进行稳定性分析,确定了挡土墙和墙后填土所受的阻尼力和惯性力,获得地震荷载作用下挡土墙的被动土压力、抗滑和抗倾覆稳定性系数的封闭形式解析解。定量分析地震加速度、放大系数、墙后填土的物理力学参数和动水压力对挡土墙的滑动位移、挡土墙的抗滑和抗倾覆稳定性系数的影响,得出当地震加速度、放大系数越大,水位越高,内摩擦角越小,临水挡土墙的稳定性越差。     

Seismic motion response and fragility analyses of cantilever retaining walls with cohesive backfill

The seismic motion response of a cantilever retaining wall with cohesive and cohesionless backfill materials was evaluated using fully dynamic analysis based on finite difference method. The dynamic analysis was validated based on experimental test results and then compared to analytical and empirical correlations based on Newmark sliding block method. Seven different earthquake events and the backfills with low to high levels of cohesion were considered. Nonlinear regression analyses were carried out to provide correlations between free-field peak ground acceleration (PGA) and maximum relative displacement of the retaining wall. These results were compared to results from empirical and analytical methods. Furthermore, fragility analyses were conducted to determine the probability of damage to the retaining wall for different free-field PGAs and backfill cohesions. It is demonstrated to what extent a small amount of cohesion in backfill material can influence displacement of the retaining wall and probability of damage in seismic conditions.     

可液化地基单桩基础离心机模型试验的三维数值分析

文章通过三维水土耦合动-静一体有限元程序DBLEAVES对饱和砂土地基（Dr=40%）单桩基础的离心机模型试验进行模型试验相对应的原型三维有限元数值模拟和分析。对比分析小震（峰值加速度0.08g）和大震（峰值加速度0.47g）情况下的土体加速度、超静孔隙水压、沉降位移以及桩身弯矩等变化规律。其中,地基土的性质采用应力诱导各向异性的交变移动弹塑性模型模拟,基桩采用弹性梁单元模型模拟。结果表明：①超静孔隙水压会“隔断”振动波的传递,当土体接近完全液化时,土表面峰值加速度会明显小于输入波峰值加速度,而当超静孔隙水压比较小时,土表面加速度相对于输入波则可能会放大;②地震时所达到的最大超静孔隙水压比是地基土沉降量的主要因素之一,且一大部分沉降发生在震后的孔压消散期;③数值模拟与模型试验结果的对比分析表明,交变移动模型可以较好地反映土体在交变荷载下的动力响应特性,验证了所采用的DBLEAVES程序和有限元方法的有效性。     

Liquefaction analysis of Izumio sands under variation of ground motions during strong earthquake in Osaka,Japan

This paper presents a study of liquefaction analysis at sand layers of the Izumio site, under ground motion variation during a strong earthquake in Osaka, Japan. Site investigation using standard penetration test and shear wave velocity measurement is conducted. Finite element liquefaction site response analysis integrated with a strain space multiple mechanism model is conducted. Ground motions variation is considered based on the seismic record at surrounding seismic stations. Attenuation analysis is conducted to determine the scaling factor for ground motions. Several results, such as acceleration profiles and cyclic behaviours are presented. The empirical analysis is also conducted to verify the results of the numerical analysis. The results explained that cyclic behaviours of sandy layers in the Izumio site show the liquefaction tendency. The results also showed that sandy layers are indicated as critical layers during the strong earthquake due to the excess pore water pressure reaching the liquefaction threshold. The results of the empirical analysis also present liquefaction indication at sand layers under the variation of ground motion, since the factor of safety against liquefaction is less than 1. The results are generally well-agree with liquefaction evidence and prediction presented in the previous study. The results could bring practical importance in understanding liquefaction potential in the study area.     

浅层点振源作用下饱和砂层的超孔隙水压力

地震时,由于向上传播的地震波的作用,可能在饱和松砂中产生很高的超孔隙水压力,导致砂土发生液化。但至今还缺乏地震时土中超孔降水压力发生过程的实测资料。作者利用振动水冲器在施工过程所产生的振动,记录其周围饱和松砂中超孔隙水压力的产生过程,发现在这种振动条件--浅层点振源,形成的超孔隙水压力,基本上是由两部分组成的。即脉动孔隙水压力与应变孔隙水压力。脉动孔隙水压力是振动纵波在水中直接传播的结果。振动的纵、横波还通过土骨架向外传播,传播过程使土骨架产生应变势。应变超孔隙水压力是上耦合于骨架剩余应变势的反映。这两部分的比例与震中距及砂土密度有失。超孔隙水压力场与地面加速度场相似,基本上是震中距的幂函数.     

随机地震荷载作用下黄土的液化特性

 以场地未来50 a超越概率10%的地震波作为输入激振波,对取自宁夏南部西吉县夏家大路喜家湾滑坡后壁的黄土开展动三轴试验,研究随机地震荷载作用下黄土中孔隙水压力的增长基本特性、影响效应及孔隙水压力增长规律。由试验结果可知,在随机地震荷载作用下,孔隙水压力对输入动荷载的响应具有明显的滞后性,其增长主要集中在地震荷载的有效持时范围内。输入地震荷载的幅值、有效持时以及固结压力对黄土的液化特性有较大的影响,幅值较大、持时较长、固结压力较小时,更有利于孔隙水压力的发展。由于孔隙水压力的增长是源于孔隙的压缩引起的,因此,可以将孔隙水压力比表示为残余应变的函数,据此,可得地震荷载作用下,黄土不同变形情况时孔隙水压力的发展水平及液化程度。     

A Modified Procedure to Evaluate Earthquake-Induced Displacement of Slopes Containing a Weak Layer

A procedure based on the Janbu method for slope stability analysis and Newmark's sliding block method for displacement calculation is proposed to evaluate rationally the earthquake-induced displacement of slopes containing a weak layer. In the procedure, the effects of the irregular geometry of the sliding plane and generation of excess pore water pressure in the weak layer which forms partly the sliding plane are considered. In the computation following the proposed procedure, a negative yield seismic coefficient to induce a safety factor of unity can be obtained because of the effect of excess pore water pressure, while the residual displacement can become a finite value because the sliding plane becomes flatter in general after the slope undergoes a large displacement.     

排水刚性桩单桩抗液化性能的振动台试验研究

排水刚性桩是一种将竖向排水体与刚性桩相结合的新型桩基。为研究抗液化排水刚性桩的单桩抗液化作用效果,采用振动台试验对排水刚性桩在动力荷载作用下的排水效果、地基孔压响应、加速度响应以及在上覆荷载作用下桩顶的侧向永久位移等动力响应进行了研究,并与不设排水体的普通桩作了对比。结果表明:抗液化排水刚性桩是一种有效的抗液化措施。在排水刚性桩桩身1倍桩径范围内,土体的喷砂冒水现象得到有效控制,普通桩试样中喷砂冒水现象严重。距离桩身排水通道0.5倍桩径处,排水桩超孔压比峰值约为普通桩超孔压比峰值的50%,排水桩可以更快地消散地基内的超孔压,超孔压比从峰值减小为0.7时,排水刚性桩用时6 s,普通桩用时17 s。排水刚性桩距排水体0.5倍桩径处加速度峰值为0.2g,相同测点处普通桩加速度峰值为0.09g,与排水桩相比,减少约100%。随加载过程的持续,排水桩桩顶震荡幅值基本不表现,在惯性力作用下,振动荷载初始时间段内(3 s时间内),桩身发生轻微震荡。普通桩桩顶水平震荡幅值为0.6 cm,且震荡时间持续整个加载过程中(10 s),普通桩桩顶的侧向永久位移约为排水桩的3倍。