液化场地-群桩-上部结构动力特性研究综述

桩基由于其良好的抗震性能,在实际工程中得到广泛的应用。历次震害表明,可液化场地中的桩基通常会发生更为严重的破坏,进而导致上部结构的破坏。因此,有必要深入开展液化场地-群桩-上部结构动力特性研究,弥补目前研究工作的不足之处。本文旨在通过总结近年来国内外学者的相关研究成果,分析目前存在的主要问题,并提出亟待深入开展的研究工作。主要包括以下几个方面内容:1)在已有液化场地直群桩研究成果基础上,需要探讨可液化场地斜群桩动力响应特征,描述斜桩桩身弯矩沿深度的分布规律;2)开展含饱和夹层土场地条件下直斜群桩-土动力相互作用机理对比研究;3)考虑土-水-上部结构耦合作用下群桩基础动力响应模型试验和数值模拟研究;4)评价液化场地滑移下高层建筑群桩基础破坏机理。通过本文的论述,希望对桩基础抗震研究方向提供新的研究思路。

原状和重塑湖泊相软黏土动力特性宏微观试验研究

为了对比衡水湖附近原状和重塑湖泊相软黏土的动力特性差异,利用GZZ-50B型共振柱仪对原状和重塑湖泊相软黏土分别进行动力特性试验,采用Davidenkov本构模型对试验获得的动力特性参数进行拟合,绘制了G-γ、λ-γ和G/G_(max)-γ关系曲线,并将所得的动力特性统计值与其他学者给出的动力特性推荐值进行了对比,通过SEM电镜测量了共振柱试验前后的微观结构,并分析了微观结构参数的变化规律。结果表明:当固结围压相同时,原状湖泊相软黏土的G-γ曲线始终高于重塑土,而原状土的λ-γ曲线始终低于重塑土;当动剪应变较大时,原状土的动剪切模量G会急剧下降并接近重塑土;原状和重塑土的G_(max)相对差值、G/G_(max)-γ和λ-γ拟合曲线差异会随着固结围压的增大而减小;通过与其他学者研究成果对比,发现沉积相并不是土体动力特性的决定性因素,同一沉积相但不同地区的软黏土动力特性也会有所差异。通过对微观结构参数的定量分析发现:随着固结围压的增加,原状土颗粒和孔隙的面积平均值以及最大直径平均值均有所下降,而重塑土差异并不明显,且微观结构参数相对差值与最大动剪切模量G_(max)相对差值呈正相关的关系;经过共振柱试验后,原状湖泊相软黏土的大、中颗粒和孔隙转变为小、微颗粒和孔隙,较大的片状结构和团聚体结构减少,原状土微观结构参数接近于重塑土,从微观角度解释了宏观土动力学特性。

干砂与饱和砂土场地直斜群桩横向动力响应特性对比研究

群桩基础的横向动力响应一直是岩土工程抗震领域研究的热点问题,为此开展了干砂与饱和砂土场地条件下2×2直斜群桩的离心机振动台试验,然后基于FLAC3D软件引入砂土液化大变形本构建立三维数值模型,将试验结果与数值模拟结果进行对比验证,深入分析试验和模拟中直斜群桩横向动力响应规律。结果表明:在干砂场地中,直群桩承台加速度总大于斜群桩承台加速度;在饱和砂土场地中,直斜群桩承台加速度均出现了一定程度的衰减现象,而直群桩承台的加速度衰减现象较斜群桩承台更为明显;干砂场地中桩身弯矩随桩间距的增大而减小,饱和砂土场地中桩身弯矩随着桩间距的增加呈现先增大后减小的趋势;干砂场地中承台加速度相对于输入台面加速度的放大倍数小于1时所需的桩间距大于饱和砂土场地。

小净距隧道垂直下穿单层车站地震响应规律研究

为了研究隧道垂直下穿车站结构地震响应问题,设计制作了粉质黏土场地中小净距隧道垂直下穿单层车站模型。利用振动台试验结果验证后的数值模型,通过输入不同峰值加速度的地震波,研究地下穿越结构的应力、位移、变形及加速度响应规律。研究结果表明:横向地震作用下,隧道非对称穿越车站会影响车站的地震响应特征,应力、加速度、变形的最大值偏离中柱位置;车站、隧道的内侧应力约为外侧应力的70~80%;车站中柱依然是抗震薄弱部位。

基于隧道离心试验的柔性软接触土压计测试可靠性评价

开展一系列离心模型试验,选取线性误差、平均幅值误差、响应速率作为指标,基于隧道模型对柔性软接触新型土压计ESP-II和两种国际代表性传统土压传感器(PDA、EPL-D1)进行对比评价,验证新研发土压力计测量的可靠性。主要结论如下:①静力状态下,ESP-II、PDA、EPL-D1线性误差分别为19.36%,12.7%,21.0%,平均幅值误差为5.79%,48.2%,22.6%,证明ESP-II土压力计相比国际两种土压计具有较好静力测试性能。②动力荷载下,ESP-II、PDA、EPL-D1土压力计的平均响应速率分别为67.1,51.5,65.8 Hz,ESP-II的响应速率略高于其他两种土压力计,具有良好的响应频率;序列地震动荷载下ESP-II、PDA测得土压力与EPL-D1不同,呈现一致增量规律,而数值存在一定差异,反映土体具有较强结构性。③卸载过程中,3种土压力计测得数据均呈现不同程度的非线性变化特征,PDA和EPL-D1土压力时程曲线产生了偏折、跳变现象,而ESP-II土压力时程曲线保持了较好数据连续性,一定程度说明软接触式设计能实现土压力计与土体的良好接触。

生日礼物

今天是小狗豆豆的生日,豆豆的爸爸和豆豆的妈妈为他准备了许多好吃的,并邀请亲朋好友来一起给豆豆过生日。吃过饭后,大家纷纷拿出给豆豆准备好的生日礼物。这时,豆豆的舅舅说:“我的礼物比较特别,需要你回答正确我给你出的一道问题,才能给你。”

大型十字交叉地铁车站结构地震响应分析

本文通过数值模拟的方法开展实际工程地下结构地震响应分析。以天津某软土场地下十字换乘地铁车站工程为背景,建立穿越体系(Cr)、单体车站(Ss-2)、单体车站(Ss-4)和自由场(Ff)四种数值模型,通过改变地震波类型和幅值来探究软土场地下十字换乘地铁车站与单体车站地震响应规律的异同。结果表明:相比于单体车站结构,十字换乘车站体系对土体加速度放大效应有着更明显的抑制作用;不同车站模型位移、应力和加速度均不相同,同一模型不同车站其响应规律也不同,当罕遇地震来临时,车站换乘段容易出现失稳破坏,总体来看,十字换乘车站稳定性要优于单体车站。

长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形实测与数值模拟

长期服役高桩码头的侧向变形会导致桩顶变位,进而影响桩帽与横梁之间的连接,使得码头的工程安全处于危险状态。依托天津港某长期服役码头,开展结构位移和地基深层土体水平位移长期监测,在监测结果的基础上开展数值模拟分析,研究长期服役高桩码头岸坡-结构体系在蠕变影响下土体水平位移、沉降以及桩身水平位移、沉降等相应规律,并且研究岸坡后方不同填土厚度对岸坡-结构体系侧向变形的影响。结果表明,土体蠕变是长期服役高桩码头岸坡-结构体系侧向变形的一个重要影响因素,土体的蠕变变形主要集中于后方堆场沉降和坡面表层淤泥质黏土的竖向位移。岸坡土体的蠕变速率随时间增大而减小。桩身的竖向位移从桩顶到桩底不断减小;码头结构的受力最不利位置处于桩顶附近,各排架桩基在水平位移方面差异明显,越靠内侧越大。随着填土厚度不断增大,岸坡-结构体系侧向变形不断增大。

基于API规范的液化土层桩基p-y曲线修正计算公式

基于小型振动台拟静力试验和往返动荷载试验,将得到的静力p-y曲线及滞回曲线与基于静力方法提出的API规范方法进行对比研究,指出了采用目前API规范中的折减系数方法进行液化土层中桩基横向承载力计算时与实际不符并导致工程设计无法接受的原因。进行四种不同相对密度可液化土中大型振动台桩?土?承台动力相互作用大型振动台试验,考虑到API规范方法在工程中的广泛应用性和可接受性,在不改变其基本模式前提下,提出其中土体初始模量和极限土阻力两个修正参数,以地震波输入下的振动台试验对构建的公式进行验证,结果较为吻合。

FBG传感系统在桩基侧向动力响应中的应用研究

液化土体中桩基侧向动力响应一直是目前岩土工程界和地震工程领域关注的热点研究问题之一。本文基于振动台实验,首次将光纤布拉格光栅(FBG)技术应用到液化土体桩基侧向动力响应分析方法中。实验结果表明:采用FBG传感系统可以测得桩身侧向动力响应,与传统电阻式应变片法相比简洁方便;FBG测量土体位移同样有效可行,可代替以往加速度积分求解土体位移;后处理得到的桩基侧向动力p-y滞回曲线能更好地反映桩土之间真实的动力本构关系,并与干砂动力p-y曲线相比,探讨两种不同场地条件下桩基侧向动力响应机制与p-y曲线的发展变化模式,为以后液化土中桩基侧向动力响应问题的研究奠定了理论基础。

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明:振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。

液化土中桩基础动力反应试验研究

本文设计完成了包括三种密度饱和砂土和非液化干砂的多工况桩-土相互作用振动台动力试验,研究液化对土体和桩-承台动力反应的影响。通过试验和分析,得到了液化和非液化土层中土体水平加速度、侧向位移和桩-承台的水平加速度、侧向位移、桩身弯矩等指标的反应过程和模式,对比了液化和非液化条件对这些指标的影响方式,提出了各因素影响大小的分析结果。

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。

液化土-桩-承台结构横向动力响应分析方法研究综述

总结了地震作用下桩基震害现象以及液化土-桩-承台结构动力相互作用,针对目前国内外研究现状提出存在的主要问题以及需进一步研究的内容。分析了液化土中桩基横向动力响应的研究方法,指出了各种方法的优缺点和存在的主要问题,讨论了今后的发展趋势。

地震作用下群桩水平动力响应特性及P-Y曲线试验研究

目前地震作用下桩基水平动力响应一直是岩土工程界和地震工程领域关注的热点研究问题之一。本文基于振动台试验，通过不同的台面输入波形，引入FBG传感系统对土一群桩一承台结构水平动力响应特性及P-Y曲线主干线变化规律进行研究，并将群桩中各基桩和单桩P-Y曲线主干线与API规范推荐方法进行对比研究。结果表明：对于非液化土试验，各承台的加速度和位移较台面放大倍数普遍不大；饱和砂土试验单桩承台加速度和位移比群桩大2～3倍，群桩承台加速度和位移幅值分别是非液化土的2～3倍；非液化土试验桩基P-Y曲线主干线倾斜度与API规范方法符合较好，而饱和砂土中无论是单桩还是群桩P-Y主干线均需将API规范方法进行适当的折减。

桩-液化土相互作用p-y曲线修正计算方法研究

利用大型振动台桩–土–承台试验,以API规范为基础,提出可液化土层中桩基动力p–y曲线双参数修正方法及修正计算公式,解决目前API规范折减系数法计算可液化土层中桩基动力p–y曲线不符合实际、工程设计上难以接受的问题。采用4种不同密度可液化砂土层等幅波振动台试验,以砂土密度作为主要控制因素,对API规范计算公式中土体初始模量和极限土阻力这两个参数进行修正,提出修正系数。采用地震波输入大型振动台桩–液化土–承台相互作用试验进行验证,结果表明所提修正公式与试验结果较为符合。修正公式保留了API规范的基本模式,修正系数表达简单明了,物理含义明确,具备工程应用前景。

液化场地上土体侧向变形对桩基影响研究评述

总结了地震作用下桩基震害现象以及桩-土-结构动力相互作用、液化引起地面侧向扩展对桩基的影响方面理论模型和分析方法的研究现状,指出了存在的问题,讨论了今后的发展趋势。

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。

基于FLAC^(3D)群桩侧向动力特性试验与数值模拟对比研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文主要基于液化砂土中3×3群桩振动台试验,采用目前常用的大型有限差分软件FLAC^(3D)进行数值模拟研究,将模拟结果与试验分析结果进行对比研究。工况包括:不同峰值加速度的正弦波和El Centro波分别输入下的群桩在干砂和饱和砂土中的侧向动力响应特性,主要对基底台面、桩头承台的加速度与位移时程关系曲线进行对比分析。研究结果表明:随着正弦波峰值加速度输入的增加,群桩横向动力响应明显,尤其是当加速度为0.15 g时砂土发生液化,反应达到最大,数值模拟结果与试验吻合较好。地震波输入工况下也可以得到类似的结论,其中干砂与液化砂土的承台加速度、位移相对台面的均有所放大,但放大倍数不同。

基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。