自由场地液化响应特性的离心机振动台试验

利用ZJU-400土工离心机振动台,对相对密度为40%的福建中细砂自由场地模型,进行5次动态加载的液化试验.分析试验中土的动力特性和地震动特性,得到土体不同深度范围内加速度、超静孔隙水压力随时间的发展规律,以及土体加速度、沉降与超静孔隙水压力增长之间的关系,增强了对地震过程中土体加速度、沉降与孔隙水之间相互作用的理解.结果表明：场地放大作用受超静孔隙水压力增长和土体软化的共同作用,液化破坏了土颗粒的联结强度和结构稳定性,再次沉积形成的结构不稳定易再次液化|峰值过后切应力对超静孔隙水压力增长仍起到不可忽视的作用;土体超静孔隙水压力增长和土体沉降是外荷由土颗粒到孔隙水再到土颗粒传递的结果|液化后固结完成,场地土体自振频率增加;基于剪切波速确定CRR曲线的方法是合理的.     

地铁车站结构近远场地震反应特性振动台试验

以南京某地铁车站为研究背景,考虑近、远场地震动作用,研究可液化场地上三跨三层地铁车站结构大型振动台模型试验中存在的问题和解决方法,包括柔性模型箱、动态数据采集系统的研制和结构模型、地基土相似准则的确定.测试地铁车站结构的加速度、水平位移、应变反应和地基土孔隙水压力、加速度、震陷及作用于侧墙的动土压力反应.结果表明:在近、远场地震动作用下地基土呈现低频放大现象,由于近、远场地震动的频谱特性不同,放大效应的程度和频率范围差异较大;在远场强地震动作用下地表浅层土的基频与远场地震动的主频接近,地表浅层土的地震动放大效应显著;地下结构的存在显著影响周边土体的地震动特性.     

振冲碎石桩加固地基的应用实例

碎石桩在成孔和挤密碎石过程中,土体在水平激振力作用下产生经向位移,其密度增高,孔隙比减小.对液化土层,碎石桩穿过液化土层,挤密土体,达到消除饱和土中的超孔隙水压力的目的.碎石桩加固地基的实质是把松散的天然地基变成由碎石桩和挤密的桩间土组成共同工作的复合地基,以达到提高承载力的目的.文章结合实例介绍了振冲碎石桩的原理以及施工工艺.     

地震作用下可液化土的数值模拟与试验验证

将有限差分法程序用于可液化土的地震响应分析,采用动力和流体的流固耦合理论分析了振动过程中土体孔隙水压力的产生、扩散与消散,并对液化场地桩-土-结构相互作用体系振动台试验进行了三维数值模拟;通过与振动台试验数据的对比分析,验证了计算模型的可靠性和合理性。结果表明：采用的方法能较好地模拟可液化土的动力特性,所得结论为液化场地土-结构相互作用体系动力分析提供了参考。     

双向动荷载饱和粉土孔隙水压力研究

地震引起的土体液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一.利用美国GCTS空心圆柱扭剪仪,以天津地区海相可液化粉土为研究用土进行振动试验研究,对不同相位差的应力与孔隙水压力进行了分析,结果表明：双向动荷载不同相位差条件下动孔压增速不同,其中相位差为180°时孔压增长最快,相位差为0°和270°时孔压增长规律非常接近;土样在不同相位差双向动荷载作用下,相位差为180°时最先达到状态转换面,粉土振动最激烈、最先液化;围压、相位差对剪胀影响很小.     

挤密碎石桩抗液化性能分析

给出了碎石桩处理可液化地基土孔隙水压力比计算公式,并结合工程实际,考虑径向排水及垂向排水条件下,对孔隙水压力比进行计算,结果表明,经碎石桩处理后可液化地基土完全消除液化.     

地震作用下可液化饱和自由场地动力响应

针对既定埋深条件下的可液化自由场地在地震作用下动力响应问题,基于OpenSEES计算程序和有效应力动力分析方法,通过建立自由可液化饱和场地数值计算模型进行了耦合动力响应分析.计算结果表明:可液化场地β谱曲线卓越平台随埋深的增加而逐渐变窄,场地土层存在典型的高频滤波、低频放大效应;随着土层埋深和土层密实度增加,砂土层内的液化趋势明显减弱;饱和砂土和黏土层在地震作用下会分别发生剪缩效应和循环软化效应,进而使得土体产生不可恢复的残余变形及地表震陷.     

土钉支护结构体系动力性能的振动台试验研究

为研究永久性土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1∶12比尺的振动台试验,研究了在不同支护条件(如土钉倾角、土钉长度、土钉间距等)下边坡的动力反应特征和规律.结果表明:土钉支护边坡在振动过程中,最大变形出现在边坡坡腹位置,坡趾处的位移较小;土钉支护最大作用带位于土钉支护区的中前部,呈折线形;最下面一排土钉发生最大应变的位置靠近坡面;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数较大.     

局部膨胀土作用下隧道稳定性试验研究

膨胀土在中国分布极为广泛,目前相应的研究主要集中于工程监测以及数值模拟,容易出现代表性数据缺乏,结果与实际差别较大等不足。本文通过自主研发的膨胀土隧道设备进行模型试验,对底部膨胀土和左侧膨胀土对隧道稳定性的影响进行研究,探究膨胀作用下隧道的力学响应特征以及围岩变形分布规律,得出如下结论:底部和一侧膨胀作用结束后隧道的环向压力分别达到97.23和37.75 kPa,位于膨胀土对侧位置处的压力几乎为0 kPa,呈现时间正相关和距离负相关现象,底部分布膨胀土情况下扰动范围较大,而一侧分布破坏较为集中;膨胀作用对于隧道的影响是荷载和应变缓冲的共同作用下的非线性相关变化,在膨胀时间为1/5时将出现首次应变缓冲,环向压力增幅迅速减小;当隧道底部分布均匀膨胀土层时可以将膨胀土层看作受弯结构研究隧道的力学特征;不同部位膨胀土作用下的围岩变形将产生剧烈剪切破坏带,根据膨胀土分布位置分别出现单边剪切和双边剪切。     

黄土挖填方场地中桩筏基础受力变形状态研究

利用自制模型箱,以延安新区黄土挖填方场地中的桩筏基础为原型,开展了相似比为1∶5的模型试验.通过上部加载模拟上部结构荷载,对桩体纵筋、筏板表面的应变数据以及桩间土体的土压力数据进行采集分析.试验结果表明,随着上部荷载的增大,地基的不均匀沉降导致了基础产生向填方区的偏转,桩体发生明显的弯曲变形,不同部位桩体的应力集中位置以及桩-土相互作用状态有明显区别.在模型试验的基础上探讨了挖填结合地基上桩-土-筏共同作用的计算式.基础设计时应避免桩体全段位于填方地基中,基桩底部应深入稳定原始土体,并通过对填方地基的预处理提高桩周土体的摩擦力,同时应考虑各桩轴向应变数值以及峰值位置的差异,有针对性地考虑桩体的承载能力.     

SICP方法加固饱和砂土提高抗液化能力的动三轴试验研究

在地震作用下,饱和砂土地基易达到液化状态,从而形成安全隐患。以标准砂为材料进行大豆脲酶诱导碳酸钙沉积（SICP）的胶结固化,对30%、40%和50%相对密实度下的中密砂分别做1~3次处理,进行不同循环剪应力与有效固结围压比值下的动三轴试验。通过分析动应变、超孔隙水压力、动循环次数,对SICP方法处理饱和砂土的抗液化效果进行评价。结果表明：试样的孔压与应变发展都呈现出分阶段增长的特点,孔压在加载瞬间会急剧增长到一定水平,而后伴随塑性应变以稳定的速率增长,直至破坏。SICP方法处理饱和砂土能有效增强砂土的抗液化能力,减缓超孔隙水压力的增长速度,且处理次数越多,密实度越高,抗液化效果越好。     

可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验

实施了可液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,研究桩基桥梁结构地震响应特征.试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象.小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达后几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂层上部轻微液化;桩-柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应约束效应较大,桩在砂层中动应变大于粘土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变.大震输入下,砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;墩顶配重产生较大惯性力作用,加之砂层全部强烈液化使得桩-柱墩动力反应十分强烈,导致桩上部嵌固点发生大幅度上移,且在砂层与上覆粘土层过渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断.     

强震作用下饱和粉细砂液化振动台试验

针对强震区饱和粉细砂液化问题,依托海南铺前大桥实体工程,基于振动台模型试验,选用叠层剪切式模型箱,模拟自由场在地震作用下的振动反应,分析0.15g～0.80g地震动强度下不同深度饱和细粉砂孔压比的变化规律,探讨饱和粉细砂的液化判别方法.结果表明:饱和粉细砂超静孔隙水压力、孔压比的增长滞后于地震动应力,且粉细砂深度越深,滞后时间越长,上覆土层厚度对于饱和粉细砂的抗液化性能有重要影响;深度为5 cm、60 cm和110 cm的饱和粉细砂,当地震动强度分别≥0.15g、0.20g和0.25g时发生液化,此时孔压比稳定值均≥0.8,提出以0.8作为饱和粉细砂液化的临界孔压比;对比讨论现有常用方法的液化判定结果,提出一种以饱和粉细砂深度、地震动强度和孔压比为判据的饱和粉细砂液化判别新方法,可为铺前大桥基础的合理设计与施工提供科学依据,也可为类似工程提供技术支持.     

同步爆扩法处理高速公路液化土地基现场试验研究

为了获得同步爆扩法处理高速公路液化土地基的实施方法和参数，验证理论及模型试验研究成果，采用现场试验和对比分析相结合的研究方法对其进行研究．提出了合理爆扩参数、爆扩孔装填结构、爆扩方式、安全控制等同步爆扩法处理高速公路液化土地基的关键技术和实施方法．结果表明：爆扩孔的装填结构和填塞长度是爆扩成腔和同步完成爆扩腔碎石充填的关键；超孔隙水压力与爆扩距离均呈负指数规律分布，其有效范围为4～6m，排水沉降主要发生在爆扩后2～3d内，地面沉降量达0．3～0．4m；爆扩地面震动频率为5～15Hz低频大振幅震动，爆扩安全距离为40～50m．采用该技术处理后的地基土体物理力学特性提高，液化消失．     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

饱和砂土场地在小震下的响应

水平场地地震响应分析是岩土地震工程实践中最重要的问题之一.深圳近年多次经历外围地震引起的小振动,因而研究场地在小震作用下的响应有特殊意义.利用香港科技大学离心机及双向振动台,进行饱和砂土场地的动力模型试验.观测模型在原型峰值加速度为0.07g的小震作用下,加速度、侧向位移、竖向沉降及超静孔压等方面的响应.发现在地震过程中,土体变形较小,超静孔压比也小于0.5,但超静孔压的变化使场地固有频率靠近输入地震波的频率,加速度的放大系数最大可达到3.67.分析结果表明,小震作用下场地虽不大可能发生液化,但在特定情况下,仍可能对上部结构造成破坏.     

透水性混凝土桩减压减震耦合抗震机理研究

透水性混凝土桩兼具散体桩和刚性桩的优点,特别适用于地基抗震。为研究其抗震机理,对地震过程中地基的加速度响应和超静孔隙水压力的长消规律等进行了数值模拟,并与碎石桩、素混凝土桩等的动力行为进行了比较分析。研究发现:透水性混凝土桩复合地基表面加速度放大系数明显小于碎石桩和素混凝土桩复合地基,而且其卓越周期仅为碎石桩和素混凝土桩复合地基的1／2,更有利于抑制上部建筑共振的发生;透水性混凝土桩除具有显著的减震效应外,还具有明显的减压效应,其高透水性使地震引起的超静孔隙水压力能快速消散,抑制了地基液化的发生。透水性混凝土桩的减压减震耦合效应还能有效协调地震期间土体的变形。     

A case study of seismic response of earth embankment foundation on liquefiable soils

A case study of seismic response of an earth embankment foundation on liquefiable soils in Kansai area, western Japan was presented. Based on a calibrated cyclic elasto-plastic constitutive model for liquefiable sand and Biot dynamic coupled theory, the seismic analysis was carried out by using a dynamic effective stress finite element method under plane strain condition. A recent design study was illustrated in detail for a river earth embankment subjected to seismic excitation on the saturated deposits with liquefiable sands. Simulated results of the embankment foundation during liquefaction were obtained for acceleration, displacement, and excess pore water pressures, which were considered to yield useful results for earthquake geotechnical design. The results show that the foundation soil reaches a fully liquefied state with high excess pore pressure ratios approaching to 1.0 due to the earthquake shaking. At the end of the earthquake, the extensive liquefaction causes about 1.0 m lateral spreading at the toe and 60 cm settlement at the crest of the earth embankment.     

Intensity measures for seismic liquefaction hazard evaluation of sloping site

This work investigates the correlation between a large number of widely used ground motion intensity measures(IMs) and the corresponding liquefaction potential of a soil deposit during earthquake loading. In order to accomplish this purpose the seismic responses of 32 sloping liquefiable site models consisting of layered cohesionless soil were subjected to 139 earthquake ground motions. Two sets of ground motions, consisting of 80 ordinary records and 59 pulse-like near-fault records are used in the dynamic analyses. The liquefaction potential of the site is expressed in terms of the the mean pore pressure ratio, the maximum ground settlement, the maximum ground horizontal displacement and the maximum ground horizontal acceleration. For each individual accelerogram, the values of the aforementioned liquefaction potential measures are determined. Then, the correlation between the liquefaction potential measures and the IMs is evaluated. The results reveal that the velocity spectrum intensity(VSI) shows the strongest correlation with the liquefaction potential of sloping site. VSI is also proven to be a sufficient intensity measure with respect to earthquake magnitude and source-to-site distance, and has a good predictability, thus making it a prime candidate for the seismic liquefaction hazard evaluation.     

近断层滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响

利用开源有限元平台OpenSees,建立一个20 m长的土柱模拟自由场地的地震响应.通过分析近断层滑冲效应脉冲地震动作用下场地产生的变形、应力,结合其地震动持时,衡量滑冲效应脉冲地震动对场地液化的影响.研究表明,滑冲效应脉冲地震动由于其独特的脉冲特性,较无脉冲地震动使土柱产生更大的孔隙水压力比、循环应力比,相应的等效循环周数值也较大,这三方面共同增大了场地发生液化的可能性.滑冲效应脉冲地震动产生的高孔压持续时间较短,使液化后的变形量较小.