大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

考虑不同桩长影响的变电站配电楼地震反应分析

从变电站桩基-筏板-配电楼结构耦合体系出发,采用PLAXIS 3D建立桩筏基础-地基-上部结构三维有限元整体模型,其中,土体非线性力学行为采用考虑小应变特性的双曲线型弹塑性(HSS)模型模拟,动力计算中采用自由场边界(模型四周)和柔性底部边界(模型底部)来模拟无限地基。通过整体模型动力时程分析,研究了3条典型地震波及其不同加速度峰值情况下长桩和短桩设计方案对应的上部结构及桩筏基础动力响应特性。结果表明：变电站配电楼虽然层数较低,在地震作用下楼顶仍然表现出一定的放大效应;考虑结构后的地表水平加速度峰值总体上高于自由场地的情况,距结构30m范围内地表水平加速度反应相对较大;桩长在一定范围内变化对上部结构的振动响应影响不大;上部结构的水平加速度峰值随输入地震动加速度峰值增加而增大,地下室底板中部弯矩极值对地震动加速度峰值及不同地震波波形均不敏感。     

液化地基上隔震结构群桩与土动力相互作用振动台模型试验研究

开展了液化场地–桩–隔震层–上部结构动力相互作用体系的大型振动台模型试验,再现饱和砂土地基液化诱发的地基震陷震害,详细阐述了隔震结构群桩基础与地基的地震响应特征和饱和土体孔压发展规律。试验结果表明：隔震结构群桩基础的角桩桩身应变幅值明显高于中间桩,中间桩顶部应变幅值又明显高于角桩;隔震结构地基液化后上部结构摇摆和基础转动反应急剧增加,进而导致群桩基础桩顶弯矩急剧增加,使得桩身最大弯矩幅值由地基液化前的桩身中上部转移到地基液化后的桩顶位移,同时隔震结构下部桩顶弯矩幅值比桩身弯矩幅值也要大得多,充分说明在土–桩–隔震层–上部结构的动力相互作用下桩顶更易造成严重的地震破坏。     

非液化土-群桩基础-结构体系相互作用动力响应振动台试验研究

为深入研究非液化场地中桩-结构体系地震响应和土-结构动力相互作用问题,进行了含有一定深度的松砂层非液化场地土-结构体系动力相互作用大型振动台试验,分析非液化场地和群桩基础的加速度地震响应特征,并对土体侧向变形规律以及桩基弯矩分布进行了分析。结果表明：当输入0.05g拍波时,土体与桩基对加速度反应表现出放大作用,且距离结构较远处土体对加速度放大作用更加明显;当输入0.3g汶川地震卧龙台地震记录时,加速度只在远离桩基的土体中加速度反应有一定放大;桩身最大弯矩均超过60N·m,并且桩基弯矩幅值呈现出桩顶弯矩小(靠近桩顶处)、下部弯矩大(靠近桩端处)的规律,且在土层交界面附近弯矩存在突变;上部结构加速度反应自上而下有一定程度的减小,地震动Arias强度值减小明显,刚性场地上的结构地震动Arias强度是位于土体上结构的3~4倍,说明土体的耗能作用明显。     

结构-群桩基础地震响应离心振动台模型试验

为研究桥梁群桩基础的大质量承台和外露桩基对桩-土动力相互作用效应的影响,分别对低承台（与土接触）和高承台群桩基础进行了离心振动台模型试验。试验中地基土采用了黏质粉土,上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括单桩和群桩。为模拟地震剪切波作用下土层运动效应,采用叠环式层状剪切箱实现土体的层状自由剪切,箱内壁设置橡胶膜以消除边界反射效应。在加速度为5.0g的离心环境中,选取Chi-Chi地震波作为基底激励输入,在不同输入峰值加速度下,分析了结构-群桩基础的地震响应。试验结果表明：与低承台群桩基础相比,高承台形成的群桩外露会增加上部结构和承台的惯性效应,改变桩身峰值弯矩的分布,表现为承台与桩接触处的桩身峰值弯矩下降,但桩身最大峰值弯矩改变较小。     

下伏基岩堆积体边坡抗滑桩加固前后地震响应特征离心模型试验

 为研究抗滑桩加固上覆堆积体--下伏基岩二元结构边坡的抗震机制,开展2组1∶50比尺的离心振动台模型试验,以对比分析下伏基岩堆积体边坡在抗滑排桩加固前后的地震响应特征与抗滑桩的桩身弯矩分布规律。试验时,输入4级加速度峰值连续增大的El Centro波,监测边坡模型坡面与坡体内的加速度响应、坡顶沉降变形以及抗滑桩上静、动弯矩的分布。试验结果显示由于抗滑桩抑制了上覆堆积体的下滑,坡顶的加速度峰值(PGA)放大系数、加速度反应谱以及竖向沉降变形均有不同程度的降低。抗滑桩一方面加固了上覆堆积滑体另一方面在坡体内产生了地震波的反射叠加效应,使得边坡水平响应加速度放大系数出现了桩前增大桩后减小的现象。下伏基岩堆积体边坡坡顶沉降与Arias烈度在抗滑排桩加固前后均具有良好的正相关线性关系。地震荷载作用过程中抗滑桩动力响应弯矩变化幅值明显大于地震作用后的静弯矩增量,且静弯矩与动弯矩变化幅值的分布均在基岩面附近达到峰值,易在基岩面附近造成抗滑桩的破坏,类似工况下抗滑桩的抗震配筋设计应充分考虑这一特点。     

碎石桩加固可液化地基数值分析

对碎石桩加固可液化地基进行完全耦合的三维有效应力数值分析,主要探讨了碎石桩的抗液化作用机理及影响因素.结果表明:在地震荷载作用下,碎石桩复合地基表层的最大水平振动加速度、地表沉降量和水平位移明显减小,碎石桩的减震效应显著;随碎石桩渗透性的增加,地基表层的水平振动加速度峰值减小,超孔压比降低;碎石桩的排水效应十分显著,超...     

土–桩基–核岛体系动力相互作用振动台试验及数值模拟

利用振动台试验研究了土–桩基–核岛体系动力反应规律,分析了桩身内力分布特征、变形规律和桩身破坏模式。试验结果表明:输入不同幅值的地震动时土层与桩基础结构均出现加速度放大情况,其中远离结构自由场放大系数峰值出现土层表面,桩间土层放大系数峰值出现在土层中部,表明桩基础对土层加速度放大情况有一定影响;桩身在中部出现加速度放大峰值后在靠近承台位置出现减小,表明上部结构对桩身加速度放大分布有显著影响。桩身剪力在桩-承台连接处最大并随深度增加而减小,弯矩在桩顶部及中上部位置较大。桩-承台连接处、桩中部(约6倍桩径)为桩身薄弱环节,破坏形式为拉伸剪切破坏及弯曲破坏。群桩各桩的破坏顺序为沿振动方向一侧边桩先出现破坏并引起中部角桩破坏,后中桩破坏,另一侧边桩最后破坏。水平地震荷载作用下群桩的可能破坏机制是沿振动方向的边桩由于受桩周土的约束较弱、最先受到地震的作用,更容易先发生破坏,并引起其它位置的桩发生破坏。     

组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

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。     

In-situ horizontal cyclic loading tests on composite foundation composed of soilbags and piles

The authors have been developing a new composite foundation composed of piles and soilbags. The foundation is characterized by the laying of soilbags between the pile heads and the footing on which a superstructure stands. The expected effect of the foundation is to cut off the fixed connection between the piles and the footing in order to reduce the bending moment of the piles and the response acceleration of the structure. In this study, in-situ horizontal cyclic loading tests were conducted on the proposed composite foundation with two piles to investigate the seismic response characteristics of the foundation at real scale. It was found from the tests that the horizontal force reached its peak due to the uplift of the footing during horizontal loading, and that larger hysteresis damping was obtained than that of spread foundations due to the hysteresis effect in the shear deformation of the soilbags. As for the sectional force of the piles and the vertical stress inside the soilbags, it was found that the axial force and bending moment of the piles concentrated on the pile on the front side in the loading direction, and that the vertical stresses inside the soilbags concentrated just above the pile head on the front side in the loading direction. Although residual horizontal displacement and settlement occurred due to the cyclic load, little damage to the soilbags was observed.     

塔楼结构及其支护体系抗震性能分析

为了研究塔楼结构及其支护体系的动力稳定性、抗震性能,并分析支护结构对塔楼抗震性能的影响,以西安市某塔楼结构及其排桩挡墙为研究对象,基于ABAQUS软件建立三维仿真模型进行分析。结果表明:在0.2g(g为重力加速度)的El Centro波作用下,支护结构整体侧向位移划分为2个时间段,0 s≤t≤5 s支护结构在初始平衡位置往复振动,5 s<t≤30 s支护结构位移急剧增大,背土侧的水平位移达到10 mm后发生破坏; 动弯矩峰值出现在桩身高度16 m处,地震波幅值为0.1g时最大动弯矩为6 200 kN·m,当地震波幅值变化到0.2g时,最大动弯矩增加了3 900 kN·m,当地震波幅值变化到0.4g时,最大动弯矩增加了9 100 kN·m,随着地震波幅值增加,最大动弯矩增长幅度越来越大,说明地震波幅值对桩身弯矩的影响较大; 支护后的塔楼在8度设防烈度下各层最大水平位移在整体上小于支护前,小震作用下最大水平位移比支护前减小了2.27 mm,中震作用下最大水平位移与支护前基本持平,大震作用下最大水平位移比支护前减小了22.63 mm,支护后的层间位移角也略有减小,说明排桩挡墙有效保障了塔楼的抗震性能。     

地震作用下含倾斜软弱夹层边坡内群桩的弯曲变形研究

 针对含软弱夹层边坡场地中的群桩基础,设计并完成50 g超重力离心振动台模型试验,探讨群桩结构的弯矩分布特性和弯曲变形模式,以及场地内部变形和上部结构惯性力对群桩基础的影响。试验结果表明：地震作用下,上部结构的惯性力控制了群桩的弯曲变形,影响范围从桩顶向下为桩长的26%～28%;群桩的弯曲变形形态从整体协调变形角度可分为一致型和非一致型、有拐点型和无拐点型、平行型和非平行型;场地中倾斜软弱夹层对场地内加速度放大系数的影响与输入加速度峰值有关,随着输入加速度峰值的增大,该软弱夹层内部的放大系数呈非线性增长;此外,该上部结构与场地表面的动力响应存在明显差异,且其会随地震强度增加呈非线性扩大趋势,当输入加速度峰值≥0.25 g时会出现成倍突增现象。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

Model test of stone columns as liquefaction countermeasure in sandy soils

The shaking table model test was conducted to investigate earthquake resistant behavior of stone columns under the intensity of an earthquake resistance of buildings is VIII. The test results show that when acceleration is less than 0.20 g, composite foundation is not liquefied, settlement is also small and pile dislocation is not observed; when acceleration is 0.3g, ground outside embankment’s slope toe is liquefied and ground within stone column composite foundation is not. It is suggesting that reinforcement scale of stone column foundation should be widened properly. The designed stone column composite foundation meets the requirements for seismic resistance.     

Seismic behavior of piled raft with ground improvement supporting a base-isolated building on soft ground in Tokyo

The static and seismic behavior of a piled raft foundation, supporting a 12-story base-isolated building in Tokyo, is investigated by monitoring the soil–foundation–structure system. Since the building is located on loose silty sand, underlain by soft cohesive soil, a piled raft with grid-form deep cement mixing walls was employed to cope with the liquefiable sand as well as to improve the bearing capacity of the raft foundation. To confirm the validity of the foundation design, field measurements were carried out on the ground settlements, the pile loads, the contact pressure and the pore-water pressure beneath the raft from the beginning of the construction to 43 months after the end of the construction.On March 11, 2011, 30 months after the end of the construction, the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake struck the building site. The seismic response of the ground and the foundation–structure system was successfully recorded during the earthquake, and a peak horizontal ground acceleration of 1.75 m/s² was observed at the site of the building. Based on static and dynamic measurement results, it was found that there was little change in the foundation settlement and the load sharing between the raft and the piles before and after the earthquake. It was also found that the horizontal accelerations of the superstructure were reduced to approximately 30% of those of the ground near the ground surface by the input losses due to the kinematic soil–foundation interaction in addition to the base isolation system.Consequently, the piled raft with grid-form deep cement mixing walls was found to be quite stable in the soft ground during and after the earthquake.