液化场地格栅式地下连续墙与群桩桥梁基础动力响应对比研究

强震下地基液化是导致桥梁基础破坏的重要原因之一。文章基于OpenSees有限元数值平台,采用多屈服面塑性本构模型模拟砂土的非线性变形特征,建立可液化场地基础-土动力相互作用二维数值模型,对比分析了单室地下连续墙与2×2群桩基础在液化场地的动力响应问题。结果表明:数值模拟较好地再现了离心机振动台试验测得的超静孔隙水压力、加速度响应及基础变形累积过程。在动荷载作用下,地下连续墙基础较桩基础模型中,超孔隙水压力上升缓慢,土体液化程度低;基础本身变形小、沉降少,偏转程度低;场地土体侧向变形程度小,更具抗液化优势。研究结果为液化场地桥梁抗震设计提供了可靠依据。     

可液化场地桥梁群桩基础地震响应振动台试验研究

针对上覆黏土层、下部饱和砂层结构的可液化场地条件,采用2×2低承台群桩—独柱墩结构,完成了可液化场地群桩–土–桥梁结构地震相互作用振动台试验。试验表明:在小幅震动阶段孔压仅有少量积累,孔压积累主要发生在强烈振动段;孔压随震动幅值增大、持时延长而变得更高;最强烈液化作用滞后于峰值加速度时刻。砂层加速度反应受场地液化影响较大;随着砂层液化的发展,土层位移峰值时刻与输入地震波峰值时刻、土层加速度峰值时刻之间表现出明显的时滞特征,而土层位移对桩的弯矩反应起着越来越明显的作用,且液化砂层位移对桩土相互作用力影响效应已凸显;完全液化砂层的承载力并未全部丧失;无论砂层液化与否,桩与砂层加速度反应规律保持一致;地震中土层分界附近桩的加速度、弯矩出现突变。振动台试验无疑为可液化场地桥梁群桩抗震性能研究提供必要铺垫。     

饱和砂土中直群桩动力响应离心机振动台试验与简化数值模型研究

饱和砂土液化场地高承台直群桩及土体横向动力响应分析一直是岩土工程抗震的热点和难点。针对这一问题,设计制作饱和砂土液化场地的2×2直群桩模型,进行离心机振动台试验,分析液化场地群桩–土动力响应规律。在此基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立可液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并用试验结果进行验证。结果表明:峰值加速度0.3 g正弦波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度与土中加速度放大峰值均不会超过输入波峰值,地基液化后承台加速度便开始衰减;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展直接影响加速度响应,土体液化直接导致加速度衰减;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性相符合,但量值上有区别,将数值模拟结果进行一定比例缩小后与试验结果基本吻合;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验结果基本一致,数值模拟显示浅层土较深层土液化明显;数值模拟的承台位移相较于试验偏保守。     

矩形闭合墙桥梁基础研究现状及发展趋势

对矩形闭合型地下连续墙桥梁基础的国内外研究现状及发展趋势进行了详细的述评,指出:矩形闭合型地下连续墙基础是一种新型的桥梁基础,在日本的桥梁工程中得到了大量应用并取得了良好的社会经济效益,但是闭合墙基础的承载机理和基础-地基共同作用规律尚未清楚;在我国.还没有形成较为成熟的设计计算方法;由于墙内土芯的存在,矩形闭合墙基础的荷载传递机理和承载性状相对比较复杂.研究内侧土芯对承载力的贡献,恰恰是闭合墙基础承载机理的核心问题.对闭合墙基础荷载传递机理和承载性状的研究,应主要关注内侧摩阻力的产生机理、分布规律和计算方法,墙-土-承台相互作用,承台的荷载承担状况等关键问题.     

矩形闭合墙桥梁基础墙-土-承台相互作用研究

矩形闭合地下连续墙基础是一种新型的桥梁基础。通过室内模型试验,对闭合墙基础墙-土-承台相互作用进行系统的研究。试验研究表明:闭合墙基础承台土反力分布的总体特征是承台下土芯的角点处最大,边缘处次之,中心区最小。在一定范围内,承台下土芯截面积越大,承台土反力分布越趋于均匀化。承台对上部墙段的内摩阻力存在"削弱效应",而对下部墙段的内摩阻力则有一定的"增强效应",承台对墙端阻力也有一定的"增强效应"。承台土反力的荷载分担比约为10%～20%,若在闭合墙的竖向承载力计算方法中,不考虑承台的作用,忽略承台土反力,是不合理的。模型试验和分析结果为矩形闭合地下连续墙基础的设计计算提供了重要依据。     

倾斜液化场地桩基地震响应离心机试验研究

 倾斜液化场地中群桩地震响应受液化土层侧向流动和桩土相互作用影响和控制,故倾斜液化场地中桩基抗震性能问题是一个极其复杂问题。基于动态土工离心机试验来探讨考虑倾斜液化土侧向流动特点的群桩地震响应规律。试验设计不同地震强度下2个50 g典型土工离心模型试验,以研究倾斜液化场地中桩土加速度、位移、桩身弯矩和土体超孔隙水压力响应特性。试验提出倾斜饱和土层的制备方法,再现倾斜液化场地中桩基础在强震作用下的破坏程度、状态和机制,并进一步对比分析试验结果,取得较好的成果,此为倾斜液化场地桩基础的抗震设计提供可靠依据,对确保液化场地桩基础的抗震稳定性和安全性具有重要意义。     

矩形闭合型地下连续墙基础地震动力响应分析

基于PLAXIS 8.5有限元软件,对矩形闭合型地下连续墙在地震激励作用下墙体不同位置的加速度、位移等变化情况进行了研究,为进一步对矩形闭合型地下连续墙振动控制提供必要的技术参数。     

带地连墙异跨地铁车站结构周围地基液化振动台试验

地下结构的外部轮廓及其对整体抗侧刚度产生明显改变的附属构筑物都将对主体的抗震性能、变形性态和破坏特征等产生显著影响。通过开展可液化地基土–地下连续墙–异跨地铁车站结构动力相互作用的大型振动台模型试验,对比分析了不同强度地震动作用下模型地基的孔隙水压力发展、加速度响应和地表震陷等动力响应规律。试验结果表明:地连墙和地下结构的存在明显减小了其周围地基的加速度和动孔压比反应,且地基液化程度不同时的影响规律存在明显差异;模型地基对地震动的低频段反应更为强烈,反应谱随地震动强度的增大逐渐向长周期移动;当输入地震动强度较小时,模型结构和场地均出现少许沉降,强地震动作用下的地基土沉陷明显,地下结构呈整体水平上浮状态;模型地基动孔压发展及其分布沿结构纵向变化较小,根据试验结果给出了具体的影响规律及其影响机理。     

局部冲刷场地桩基桥梁地震响应简化分析及离心振动台验证

冲刷导致桩周土体流失,改变了场地的地震动特性,同时影响了桥梁的抗震性能。为研究局部冲刷下桩基桥梁动力特性及潜在破坏风险,探讨了冲刷场地的地震动特性,给出局部冲刷场地的地震动快速计算方法;并在此基础上提出局部冲刷后桩基桥梁地震分析简化模型,通过振型叠加法计算桥梁的墩底、桩身剪力和最大位移,用以快速评估局部冲刷后桩基桥梁的破坏风险,进而确定临界破坏冲刷深度;为验证模型的正确性,开展了50g重力下桩基桥梁离心振动台试验,桥梁上部结构简化为质量块,基础采用3×3群桩。按照冲刷深度分为3个工况,每个工况下输入白噪声和El-Centro波。研究表明,一般冲刷使得场地周期减小,但局部冲刷对场地周期影响不明显,局部冲刷坑坡角对场地的地震动几乎没有影响;局部冲刷场地与一般冲刷场地的地震动差别较大,但与原场地的地震响应基本相似;桥梁响应最大时的冲刷深度取决于桥梁频率与地震波主要波频的关系。该简化方法计算的桥梁反应与试验结果相近,因此,可用于局部冲刷条件下桥梁的地震反应快速计算、震害风险评估和临界破坏冲刷深度确定。     

建筑物下珊瑚砂地基动力响应振动台模型试验研究

随着岛礁建设的快速发展,珊瑚砂地基抗震安全尤为重要。为揭示珊瑚砂地基和建筑物地震响应特性,开展了地震动作用下不同密实度的可液化珊瑚砂地基上3层框架结构的振动台模型试验,对孔隙水压力、加速度、位移和动应变等动力响应进行测试和分析,并与可液化石英砂场地进行对比。结果表明,相同相对密实度和相近颗粒级配下,珊瑚砂场地相比石英砂场地更难以液化。两种砂场地液化程度均随埋深增大而减小,随与建筑物距离增大而增大。液化后的珊瑚砂场地模型地基相比石英砂场地仍然具有一定的剪切传递能力,这种差异随地基埋深的增加逐渐减弱。珊瑚砂场地液化后建筑物倾斜度、最终沉降和立柱动应变相比石英砂场地均较小。不同相对密实度的珊瑚砂与石英砂场地液化性能存在一定的差异。     

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理.结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析.     

Shaking table test and theoretical analysis of the pile–soil–structure interaction at a liquefiable site

Pile foundations are widely used to support high‐rise buildings, in which piles transmit foundation loads to soil strata with higher bearing capacity and stiffness. This process alters the dynamic characteristics of the pile–soil–structure system in seismically active areas, especially at a liquefiable site. A series of shaking table tests on liquefiable soils in pile group foundations of tall buildings were performed to evaluate the liquefaction process and dynamic responses of the pile, soil, and structure. The soil was composed of two layers: the upper layer was a clay layer and the lower layer was saturated sand. These layers were placed in a flexible container that was excited by El Centro earthquake events and Shanghai Bedrock waves at different levels. The test results indicate that the pore pressure ratio is gradually enhanced as the amplitude of the input acceleration increases. The liquefied sand has a filtering effect on the vibration with a high frequency and an amplified effect on the vibration with a low frequency. With increased excitation, contact pressure and strain amplitudes of the pile increase, whereas the peak acceleration magnification coefficient decreases. The seismic responses of a structure with pile–soil–structure interaction are generally smaller than those on a rigid foundation.     

Lateral response of pile foundations in liquefiable soils

Liquefaction has been a main cause of damage to civil engineering structures in seismically active areas.The effects of damage of liquefaction on deep foundations are very destructive. Seismic behavior of pile foundations is widely discussed by many researchers for safer and more economic design purposes. This paper presents a pseudo-static method for analysis of piles in liquefiable soil under seismic loads. A freefield site response analysis using three-dimensional(3D) numerical modeling was performed to determine kinematic loads from lateral ground displacements and inertial loads from vibration of the superstructure. The effects of various parameters, such as soil layering, kinematic and inertial forces,boundary condition of pile head and ground slope, on pile response were studied. By comparing the numerical results with the centrifuge test results, it can be concluded that the use of the p-y curves with various degradation factors in liquefiable sand gives reasonable results.     

可液化土–高层结构振动台试验的土性参数识别

 基于已进行的可液化地基–桩–高层结构振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究场地液化机制及土的动力特性。由振动台试验的土体加速度记录,通过剪切梁模型,求出土体的动剪切应力–剪切应变曲线,研究土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系,并进一步研究土体剪切波速、有效应力路径及桩和土的剪切应变等情况。结果表明：在较强地震激励下,动剪切应力和动剪切应变滞回圈更饱满,表现出更强的滞回特性;土的刚度随着深度的增加而增大;孔压比存在明显的上升,孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,土的刚度随着孔隙水压力的上升而降低;利用参数识别技术得到的土的刚度与土动力性质试验得到的结果比较一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;群桩内外土体的剪切应变形状相似,外侧土体的剪切应变比内侧土体的剪切应变大。该土性参数识别技术对于研究液化场地及液化场地中结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

抗滑桩加固黏性土坡变形规律的离心模型试验研究

采用土工离心机及专用振动台,进行了静动力加载条件下抗滑桩加固黏性土坡的离心模型试验。测量了试验过程中边坡的位移场和加速度响应的变化过程以及抗滑桩的位移和应变分布。试验结果表明地震过程中土坡的加速度响应自下而上逐渐增大,震后残余变形的水平分量最值相比震前向坡上部移动。静动力加载过程中,抗滑桩内侧土体存在一个面,其内外两侧的土体位移表现出不同的水平位移变化规律,从而可以将抗滑桩加固土坡划分成4个分别具有不同变形特性的区域;同一高程处桩的水平位移大于内侧土体而小于外侧土体;抗滑桩与土发生较复杂的相互作用,并使得土坡的变形趋于均匀。     

Centrifuge model test and numerical interpretation of seismic responses of a partially submerged deposit slope

Partially submerged deposit slopes are o ften encountered in practical engineering applications.Howeve r,studies on evaluating their stability under seismic loading are still rare.In order to understand the seismic behavior of partially submerged deposit slopes,centrifuge shaking table model tests(50 g) were employed.The responses of horizontal accelerations,accumulated excess pore pressures,deformation mode,and failure mode of the partially submerged deposit slope model were analyzed.In dynamic centrifuge model tests,EQ5 shaking event was applied numerically.The results indicated that in the saturated zone of the deposit slope,liquefaction did not occur,and the measured horizontal accelerations near the water table were amplified as a layer-magnification effect.It was also shown that the liquefaction-resistance of the deposit slope increased under multiple sequential ground motions,and the deformation depth of the deposit slope induced by earthquake increased gradually with increasing dynamic Ioad amplitude.Except for the excessive crest settlement generated by strong shaking,an additional vertical permanent displacement was initiated at the slope crest due to the dissipation of excess pore pressure under seismic loading.The result of particle image velocimetry(PIV) analysis showed that an obvious internal arc-slip was generated around the water table of the partially submerged deposit slope under seismic loading.     

可液化土中单桩地震响应的离心机试验研究

通过离心机动力模型试验,观测了饱和砂土层中单桩-上部结构在强震中的反应,并通过数值方法导出了桩土水平相对位移和侧向土阻力的演变。研究结果表明:强震下饱和砂土中孔压增长较快,孔压的增长减弱了土阻力及桩身内力,同时使桩基础的竖向承载力降低;砂土接近液化时,桩基础失去大部分承载力,上部结构沉降严重。本研究加深了对砂土液化过程中的桩–土动力相互作用机理的理解,有助于建立液化土中桩基抗震设计方法。     

微生物灌浆加固液化砂土地基的动力反应研究

饱和松砂地基在地震等周期性荷载作用下易发生液化，而松砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生“静态”液化，这些都易造成路基沉陷、滑坡、地下管道及隧道的上浮等与液化相关的工程灾害。相对传统的地基加固技术，微生物灌浆加固技术是利用一项微生物成矿学的最新进展，即微生物诱导碳酸钙结晶技术，通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐，最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势，是目前地基加固研究的前沿问题。通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆是否能够用于液化地基加固。首先，概要介绍了微生物灌浆加固技术的原理、方法以及国内外研究发展水平，给出了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。其次，通过标准动三轴及小型振动台试验，研究了微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能，以及其它动力性能，并与传统的液化地基加固方式进行了对比分析。试验结果表明，微生物灌浆加固砂柱及模型地基的抗液化性能显著提高。可以说，微生物灌浆技术在液化砂土地基加固方面具有潜在的工程实用价值和广阔的应用前景。     

液化场地浅埋钢筋混凝土结构物变形及 动土压力分析

 基于多重剪切机构塑性模型和液化前缘面的有效应力分析方法,分析不同地震强度下液化场地中浅埋大断面矩形钢筋混凝土结构物变形与地震动土压力分布特征,进而探索0.85 g输入地震波条件下结构物与液化土间的相对位移差、结构物侧壁和顶底板土体的动土压力、剪切应力、有效应力和超孔隙水压力的变化规律。研究得出结构物的最大变形、弯矩和曲率值随着地震强度的加大而增大,结构物最先发生屈服变形部位位于拐角处,并逐步向周围扩展;场地发生液化模型中的结构物–液化土相互作用系数数值小于场地未发生液化模型,结构物与土体间的相对位移差值随着场地液化而剧增到一定值;作用于结构物侧壁的动土压力最大值和震后值随地震强度加大而增加,但不是简单的线性增长;结构物侧壁动土压力随着振动持续而增长,而作用于顶底板土层的剪切应力和侧壁有效应力随着土体液化而剧减。研究结论可为液化场地浅埋结构物的抗震设计提供可靠的依据和参考。