筒型基础–砂土地基动力响应的离心振动台试验研究

抗震规范要求对地震烈度大于Ⅷ度地区15 m以内的土层进行砂土液化判断。新型海上风电筒型基础入土深度较浅,对地震作用下砂土地基的液化较为敏感。为研究砂土中新型筒型基础与地基的地震响应规律,设计并开展了系列离心机振动台试验,监测了砂土中新型筒型基础与地基在震中和震后的加速度变化和孔压响应,分析了筒型基础影响砂土地基抗液化性能的规律性。结果表明:地震荷载作用下,砂土地基中筒型基础加速度响应系数大于1.0,且响应系数与基础重量呈正相关关系;新型筒型基础因其直径通常大于30m,质量大于2000 t,与上部荷载的联合作用显著增加了地基中的附加应力,有利于提高砂土地基的抗液化能力;基于超静孔压比建立了筒型基础影响区域地基抗液化性能的判别方法,定量分析筒型基础提高砂土抗液化能力的程度。     

饱和砂土坝基液化超重力振动台试验研究

坝基作为水利水电工程重要基础设施的核心部分,其在地震作用下的动力响应和稳定性受到广泛关注.针对饱和砂土坝基的动力响应和液化规律,开展了两组超重力振动台试验,分析了饱和砂土地基在坝闸荷载作用下的地震响应规律.根据两组离心试验结果,地震作用下自由场地地基下层土体发生软化,上层土体发生液化喷砂,加速度放大系数和超静孔压比沿深...     

碎石桩复合地基抗液化性能的数值模拟

将饱和砂土视为土-水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序,通过模型试验验证程序的正确性。利用该程序对碎石桩复合地基进行地震响应分析,探讨不同土层构成和不同附加压重等因素对抗液化性能的影响。结果表明:经碎石桩加固后,桩间土中的超孔压比比未加固前减小;随时间的延长,出现了明显的超孔压消散现象,距离碎石桩越近,超孔压消散现象越明显;附加压重对地基中超孔隙水压力的增长有明显地抑制作用,在进行工程设计时应该考虑附加压重的有利影响,适当增加桩间距。     

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。     

含黏粒砂土场地液化离心机振动台试验研究

提出了含黏粒砂土模型地基制备、饱和与均匀性监测技术,利用ZJU-400土工离心机振动台开展了相同相对密度含黏粒砂土（黏粒含量10%）和洁净砂的地震液化模型试验,再现了水平场地地震液化现象,揭示了含黏粒砂土场地液化灾变特点。弯曲元波速监测表明,模型制备均匀性良好,相同条件下含黏粒砂土剪切波速比洁净砂低。而根据超静孔压消散与固结沉降观测分析发现,含黏粒砂土渗透系数比洁净砂低一个数量级,从而影响其液化前后超静孔压响应和应力应变行为。渗透性差异导致模型内超静孔压产生模式和消散速率显著不同,振动时含黏粒砂土模型浅层超静孔压累积比洁净砂慢,而深层则相反;震后含黏粒砂土孔压消散时间是洁净砂的15倍。液化过程中含黏粒砂土剪应力应变响应比相同深度处的洁净砂更显著,液化后其滞回圈应变较大、割线模量较小且阻尼比较大。土体液化沉降主要发生在液化后超静孔压消散过程,含黏粒砂土模型超静孔压消散时间更长,沉降量更大。上述成果为进一步研究含黏粒砂土地震响应分析及其液化判别提供了科学依据。     

孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性

设计并完成了可液化饱和南京细砂自由场地基振动台试验。利用不同埋深处量测的加速度反应时程,采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。进一步基于流体力学方法,研究了饱和砂土在孔压增长过程中表观动力黏度的变化规律。试验结果表明,在正弦波荷载作用下,饱和砂土液化前的表观动力黏度随着剪应变和剪应变率的增大而减小,表现出典型的“剪切稀化”非牛顿流体特性;超孔压比在饱和砂土的表观动力黏度发展变化中起着显著作用,表观动力黏度随着超孔压比的增大而减小,并且利用幂函数可以很好的拟合表观动力黏度与超孔压比的关系曲线。此外,表观动力黏度与孔压比的关系似乎不依赖有效上覆压力,该结论有待进一步验证。     

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。     

电解减饱和法处理可液化地基的振动台试验研究

减饱和法是近年来提出的一种可液化地基处理方法,其基本原理是通过工程措施减小饱和砂土地基中的饱和度,将饱和砂土地基变成不饱和的砂土地基,从而提高地基的抗液化强度,减轻地震时产生的液化震害。根据电解水的原理,采用新型可导电的塑料排水板为电极,开展了饱和砂土地基的电解试验,通过试验中产生气泡的宏观现象,确定了电解试验应采用的电极间距、电解电压、电极布置型式。基于室内振动台对电解减饱和法的抗液化效果进行了试验研究,考虑了电极在砂土地基中的竖向布置、水平布置和倾斜布置对地基抗液化效果的影响。结果表明,3种电极布置方案中水平电极布置方案在振动时产生的超孔压最小,抗液化效果最好。同时开展了电解后静置工况下的振动台试验,结果表明静置一段时间后,电解产生的减饱和作用仍然明显,但地基深部的气泡存在上移运动的趋势。在实际应用过程中,可以定期进行地基土体的电解作业,从而提高可液化地基的抗液化能力。     

液化场地-群桩基础-结构体系动力响应分析—大型振动台模型试验研究

进行了液化场地-结构体系动力相互作用大型振动台试验,对土体和桩基的加速度反应、饱和砂土层的孔压反应等进行了测试。重点阐述了土体和群桩基础的加速度地震响应特征和饱和土体的孔压发展规律,并对土体侧向变形规律进行了分析。试验研究结果表明：0.05g拍波输入时,土体和桩基对加速度反应有着明显放大作用,土体各处孔压比增长幅度不大,土体侧向位移较小;0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时,桩基加速度反应规律与土体反应基本一致,土体孔压比增长明显,上部土体完全液化;土体水平侧向变形较大。本文成果可为液化场地-群桩基础动力相互作用研究做对比分析和验证数值模拟工作提供参考。     

GC与CFG多桩型复合地基抗液化数值分析

建立天然地基、复合地基的有限差分数值模型,对天然地基、GC单桩加固复合地基和GC与CFG桩组合加固复合地基在地震荷载作用下的抗液化特性进行模拟分析。结果表明:超孔压比可作为天然地基液化和复合地基抗液化效果的判别依据;GC桩的排水作用范围距桩心约2 m,改变设计桩径对超孔压比变化规律影响不大;CFG桩的设置有助于复合地基抗液化能力的提高。     

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。     

可液化场地下盾构扩挖地铁车站结构地震破坏机制振动台试验

 开展近远场水平地震动作用下可液化地层中盾构扩挖地铁车站结构振动台试验,分析模型地基土层的侧向变形、孔压比、加速度、宏观现象和动土压力以及结构的加速度、应变等物理量。研究结果表明,可液化模型地基在激振时经历先震密而后上浮的物理过程,震后有明显的喷砂冒水现象;地基土层侧向发生的是剪切型变形,其左摆与右摆过程中的峰值位移出现明显的不对称现象;小震时,模型地基中的加速度放大系数从下部到表层逐渐增大,中震及大震时,表现出先减小后增大的趋势;地震波沿模型地基向上传播的过程中,出现明显的高频滤波、低频放大的现象;可液化地基的孔压在地震作用下经历“急增长、慢消散”的变化过程;地下结构的存在对其周围地基孔隙水压力的增长(砂土液化)有明显的抑制作用。随着输入地震动强度的增加,动土压力明显增大,地下结构上、下方的土压力差值是结构发生液化上浮的内因,结构本身在强震过程中逐渐从弹性状态向弹塑性转化;液化场地条件下的结构侧方动土压力有随着埋置深度的增加而增加的趋势;可液化场地条件下盾构扩挖地铁车站结构的地震破坏机制是：中柱率先发生剪压破坏,而后是隧道开口部位与拱肩破坏,随后是侧墙与顶板的连接部位受拉破坏,最终形成机构而发生倒塌。     

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.     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

基于地震变形控制的隧道地基注浆抗液化加固效果评价

 目前理论上主要有两种液化防治思路：一种是限制超孔隙水压力的产生与发展;另一种是减少液化产生的过大变形。目前,基于前一种设计思想的液化处理方法和研究较多,而对基于变形控制的处理方法实施效果的研究则相对有限。从后一种思路出发,基于Biot固结理论,利用循环弹塑性本构模型,通过数值模拟方法,对上海某电厂取排水隧道的地震液化问题进行模拟,建立一种平面应变条件下隧道地震液化变形的数值模拟方法,以评估其注浆预防液化的加固效果。其中重点分析了地震作用下加固前后该隧道地基的位移、加速度、超孔隙水压力等动力反应。结果表明,采用适当的抗液化处理措施可以较好地抑制地基液化变形,这为工程场地抗震设计及液化防治提供了科学依据,对类似工程的可液化场地处理具有良好的借鉴作用。     

振冲法加固砂壳坝试验研究

本文介绍了砂壳坝抗震加固的一种新方法--振动水冲法。山东省兴旺坝振冲加固试验表明,砂壳坝的振冲加固与地基振冲加固不尽相同,砂壳坝中存在广阔的非饱和区,而且振冲过程中存在“斜坡效应”,从振冲时坝的动力反应观测资料的分析得知,振动加速度、超静孔隙水压力均随振源距的增大而急剧减小,它们与振源距均呈幂函数关系。探索振冲加固机理得知,饱和松砂的振冲加密是通过三个作用实现的:①径向冲击位移将砂挤入坡内;②引起超静孔隙水压力使砂坡液化Q③固结。本文提出了一套振冲工艺参数,利用这些参数并使振冲区砂壳处于饱和状态是提高振冲效果的关键。这也是兴旺坝壳的加固效果能达到相对密度0.8左右和标贯击数达到40击以上的重要前提。文中还简要地叙述了兴旺坝振冲施工的主要经验,说明这个方法安全、方便、经济,是抗震加固已建的松散砂壳坝的有效方法。     

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.