考虑场地液化影响的海堤工程震害预测方法研究

为合理进行海堤工程震害预测,通过改变液化土层力学参数的方法考虑场地液化对海堤抗滑稳定性的影响,综合海堤本体结构抗滑安全系数和场地液化程度,提出新的海堤工程震害预测方法,并给出海堤破坏等级划分标准。以某海堤工程为算例,采用理正岩土分析软件建立海堤抗滑稳定性分析模型,进行不同地震烈度下海堤震害预测。研究结果表明,场地液化对海堤地震稳定性有较大影响,依托的海堤工程满足当地7度抗震设防要求,但8度时可发生中等破坏,存在较高的地震灾害风险,宜采取有针对性的加固措施。

场地液化识别改进的频率下降率新方法

基于地表强震记录的场地液化实时监测和震后快速识别是液化减灾的新技术手段,其核心为场地液化识别方法。现有此类方法受限于有限的液化场地记录和方法自身局限,适用性和识别准确率有待提升。本研究建立了包含23次地震共137条加速度记录的液化场地强震记录新数据库,极大地扩充了现有数据库。提出了一种基于强震记录的场地液化快速识别改进的频率下降率新方法,以频率下降率为基本概念并沿用以往推导出的理论阈值。采用加权平均方式处理短时傅里叶变换结果以获取加速度时程的时间-频率曲线。通过频率下降率参数的自适应持时计算,以增强对不同持时记录的适应性。以新数据库记录为基础进行对比分析,结果表明新方法所选取的特征参数明显占优,对液化和非液化场地均有很高的识别成功率,且较新近提出方法的液化识别成功率显著提高。所提出方法在震后液化场地快速识别、液化实时减灾及研究液化对建筑结构的影响等方面具有良好的应用前景。

基于HHT方法的场地液化的识别

利用HHT方法定义了一种地震加速度记录的瞬时频率时程,该瞬时频率时程能够在一定程度上将原始加速度记录的频率非平稳特性予以量化。以此为依据,提出了一种根据地震加速度记录对场地液化进行识别的方法。通过分析实测的地震动加速度记录,参照实际的震害调查资料,并与现有其他方法的识别结果进行比较,验证了该方法的识别效果。

2011年东日本大地震人工填土场地液化特征综述

填海造陆人工填土已成为我国工程建设中的重要方式,其地震安全性特别是无粘性土或低粘性土的液化问题成为了重要课题,而对此方面以往震害经验甚少。2011年东日本大地震中东京湾区域的人工填土场地出现了大量液化震害并造成了巨大经济损失,随后也有一些研究工作开展,本文对此进行分析总结。通过相关资料收集整理,回顾了东京湾填海造陆的历史,介绍了此次地震液化震害情况,阐述了场地工程地质背景和液化场地特征,讨论了人工填土沉积时间与土体抗液化能力的关系。作为目前填海造陆人工填土场地液化震害极其有限的宝贵经验,将对我国相关工程建设和液化灾害预防技术发展提供有益借鉴。

脉冲地震动中竖向加速度对场地液化的影响

为研究近断层脉冲地震动中竖向加速度对砂土场地液化的影响,基于有限元平台Open Sees开发的边界面塑性本构模型,建立了动单剪单元试验模型和饱和砂土三维有限元模型。选取台湾Chi-Chi地震中10条具有速度脉冲特性的地震波,对比分析了水平双向脉冲波与三向脉冲波作用下土柱竖向位移、循环应力比、孔压比及等效循环周数的差异性,继而明确了脉冲地震动中竖向加速度对砂土液化的影响规律。研究表明,三向脉冲地震波中竖向加速度分量对场地永久位移值影响较小,但使永久位移的发展持时明显增大;土柱循环应力比受竖向地震动影响较小,因此分析脉冲地震动对场地剪切特性的影响时,可将三向脉冲地震动简化为水平双向地震动;考虑竖向地震动的三向脉冲地震波引起的孔压比变化幅度较大,孔压消散时间较长;三向脉冲地震波对应的等效循环周数较大,地震动发展持时长,可认为竖向加速度对场地液化有促进作用。

场地液化势的模糊随机概率分析

本文论述了场地液化势评价兼具模糊性和随机性,宜采用模糊随机概率方法进行研究。根据模糊数学关于模糊测度的概率测度准则和地震危险性分析的结果,提出了考虑烈度的模糊随机性的烈度发生概率的计算方法;考虑液化判别方法分界线的模糊性,建立了场地液化势指数的隶属函数;提出了同时考虑烈度的模糊随机性、土性条件的随机性和液化判别分界线的模糊性的液化势模糊随机概率分析方法。

场地液化震害的影响因素探讨

研究表明，只有当某个地区发生震级足够大的地震，这一地区才有可能产生场地液化现象。震级小于或者等于5.5级的地震，即使极震区烈度为Ⅶ度，其场地液化则难以发生或者说场地液化震害的影响有限。但是，对于7.5级左右的（特）大地震，由于地震动持续时间长，震动次数多，需要考虑远场甚至是Ⅵ~Ⅴ度区内液化的发生及其引起的破坏。因此，要反映地震强度和地震持续时间对液化的确切影响，仅以烈度概括是不够的，应以震级定量化，这样可以为地震现场工作人员评估场地液化震害奠定基础。结合地震震级和地震烈度两个方面研究液化现象，有利于场地液化震害程度等的判定。

场地液化危险性分析的简捷计算方法

本文首先根据地震小区划中通常采用的理想化地震发生模型,论证了地表最大加速度的概率分布符合极值Ⅱ型分布,利用优化原理,建立一个以地表最大加速度为地震动强度指标的液化判别式。考虑地表最大加速度的概率分布和场地土性条件,提出了一种液化危险性分析的简捷计算方法。该方法易于在场地液化小区划中推广应用。

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.

国内外场地液化评估方法对比分析研究

国内外主要液化判别方法分为两大类,确定性判别法和概率判别法。分别选取美国地震局NCEER标准和美国PIANC标准场地液化判别方法和中国《水运工程抗震设计规范》(JTS 146-2012)标准进行对比可知,美国标准为基于液化安全系数Fs的确定性判别法,而中国标准临界判别法本质位概率判别法,且两者判别程序一致,均需通过初步判别和细化判别两步。并通过依托工程东帝汶Tibar港试验区勘察孔数据进行液化判别对比分析得到:两种方法初步判别和基于原位测试指标SPT细化判别均为可液化场地,两者之间判别结果具有很好的一致性。

场地液化条件下埋地弯管道力学反应的数值模拟

基于ADINA有限元分析软件,建立了场地液化条件下埋地弯管的管土接触的土弹簧分析模型.在液化区设置过渡区,考虑非液化区的管土接触作用及液化区土对管道的约束作用,对管道的有效应力及轴向应力进行了分析.结果表明:当液化场地区域存在弯曲管道部分时,弯头处有效应力很大,使其成为整个管网系统中最薄弱的环节之一;弯头壁厚和曲率半径越大,弯管道有效应力越小,说明弯管越不容易发生破坏,有利于抗震;弯头所处液化区的位置距离液化区和非液化区交界处越远,弯管道所受的轴向应力越大,且存在一个最佳位置使得弯头有效应力最小.

液化场地大直径变截面单桩动力响应研究

为研究不同地震动强度下液化场地大直径变截面单桩的动力响应规律,基于振动台试验,选取5010波,在地震动强度0.10g~0.45g作用下,研究液化场地砂土孔压比和大直径变截面单桩桩顶水平位移、桩身弯矩、桩身加速度时程响应及桩基损伤等变化规律.试验结果表明:饱和砂土孔压比随着地震动强度的增大上升明显,地震动强度≥0.30g时,饱和砂土孔压比稳定值在0.9附近,此时砂土完全液化;在0.45g地震动强度作用下,桩身加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均达到最大;桩身不同位置处加速度峰值出现时刻均滞后于输入地震波加速度峰值出现时刻,且桩顶及变截面的加速度响应比桩端的响应更弱;不同地震动强度作用下,桩身弯矩最大值均出现在液化土层和非液化土层分界处,且变截面处弯矩小于土层分界面处;地震动强度达到0.30g时,大直径变截面单桩桩身发生损伤.因此,液化场地下大直径变截面桥梁单桩基础抗震设计时,应该重点考虑饱和砂土层分界处、变截面处的抗弯能力,以确保单桩桩身强度满足抗震要求.

不同倾斜方式对倾斜液化场地地震响应的影响分析

在倾斜场地地震液化后,土体的侧向流动扩展引起的场地失效以及大变形问题的研究中,不同的倾斜方式会对试验结果产生一定的影响,而目前针对不同倾斜方式对倾斜液化场地土体地震动力响应影响评价的研究成果还较为少见。根据课题组开展的水平液化自由场振动台试验,首先基于OpenSees有限元平台建立了水平液化自由场有限元计算模型,在数值模型中考虑了模型箱对场地土地震响应的影响,通过对比数值计算结果与试验结果验证了数值模型的可靠性。在此基础上建立了倾斜液化自由场有限元计算模型,分别建立了层剪箱整体倾斜模型、层剪箱场地土倾斜模型和刚性箱场地土倾斜3种不同的数值模型来模拟振动台试验中采用的不同的倾斜方式。通过对比,分析了在0.3g汶川地震卧龙波作用下3个数值模型计算得到的自由场土体动力响应结果,并讨论了3种不同的倾斜方式对计算结果的影响,最后给出了针对倾斜液化场地地震动力响应数值模拟和振动台试验研究中的一些有参考价值的结论。

混凝土碎石复合桩加固倾斜可液化场地的数值模拟研究

地震震害调查显示,缓倾场地的液化侧向扩展是常见的地基失效形式。由于混凝土桩具有较高的竖向承载能力和抗剪能力,而碎石桩具有较高的渗透性,可有效降低周围场地的液化程度,因此,混凝土碎石复合桩能否作为有效应对缓倾场地液化侧向大变形的工程措施,其可行性值得深入研究。基于OpenSees有限元平台建立了可液化土-桩基础的数值模型,并验证了模型的有效性。在此基础上,研究了混凝土碎石复合桩对倾斜液化场地的加固效果。此外,讨论了混凝土芯桩面积占比、碎石壳厚度对倾斜液化场地动力响应的影响。结果表明:混凝土碎石复合桩抗侧移效果明显,可有效降低周围场地侧向位移和混凝土桩身弯矩。当桩体的混凝土芯占比约为20%、碎石面积占比80%时为最优设计方案。

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。

桩-土相互作用弹簧对倾斜液化场地-群桩-上部结构体系的影响

桩-土-上部结构体系的动力相互作用是一个复杂的过程,尤其是在倾斜液化侧向扩展流动(侧扩流)场地中,由于地震过程中场地产生地面永久大变形,桩土间有可能产生错动滑移与开裂等非线性反应,因此桩-土相互作用模拟至关重要。为了探究桩-土非线性接触对倾斜液化场地-群桩基础-上部结构体系动力响应的影响,本文基于OpenSees分别建立了考虑桩-土相互作用弹簧和桩土结点之间直接绑定的有限元数值模型。结果表明:考虑桩-土相互作用Pyliq弹簧时,土体加速度幅值略微降低,桩基对土体的约束明显变弱,土体残余位移增大。同时,具有Pyliq弹簧的模型能较好地模拟桩的曲率响应,而采用桩土结点直接绑定的模型高估了桩顶曲率,进而无法准确估计桩基抗弯最不利位置。桩-土相互作用弹簧对上部结构动力响应的影响较小。

液化场地桩基地震失效机制:现状与挑战

震害调查表明,多次破坏性地震中均发生液化场地桩基严重破坏的典型实例。针对地震土体液化诱发桩基破坏这一突出难题,国内外学者围绕液化场地桩基抗震的紧迫需求,采用多重研究方法,揭示液化场地桩基弯曲、屈曲和沉降等多种失效模式,取得系列丰硕研究成果。首先开展典型液化场地桩基震害实例的调研与分析,总结液化场地桩基震害主要的表现形式和破坏模式,剖析各种桩基失效模式触发机制和演化机制,指出当前研究的重难点问题,并给出液化场地桩基抗震研究进一步需要努力的方向。期望这项工作能够给研究者们提供一些有用的参考,并助力于我国液化场地桩基抗震理论的不断发展和完善。

可液化场地减震结构体系地震动特性影响效应研究

工程结构的地震响应规律与地震动特性紧密相关。为了研究地震动特性对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基-结构体系地震响应和黏滞阻尼器减震效果的影响,选取24条不同特性的地震动作为输入,针对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基-结构体系数值模型进行非线性时程分析。结果表明:相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下,液化场地减震结构体系具有更大的地震响应;近场脉冲地震动作用下,速度型黏滞阻尼器的减震效果得到了充分发挥;相同振幅下,地震动峰值速度(PGV)与液化场地减震结构体系地震响应的相关性最为显著,可作为评价液化场地减震结构体系地震响应的主要指标。研究结果对液化场地黏滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。

可液化场地变截面群桩基础动力响应研究

为研究可液化场地变截面群桩基础动力响应特征,依托翔安大桥,利用FLAC^(3D)数值模拟软件,建立变截面桩-土相互作用模型,研究了不同地震强度作用下,饱和砂土孔压比、变截面桩基桩身加速度、桩基位移、弯矩、剪力时程响应特征。结果表明:地震动峰值≥0.20 g(g为重力加速度)时,不同埋深处的孔压比峰值基本达到0.90以上,此时砂土完全液化;桩身对地震动起放大作用,但随着地震强度增加,变截面桩的桩身加速度放大效应逐渐减小;地震波结束后桩基产生永久侧向位移;变截面桩身弯矩及剪力均呈双峰值变化形态,桩身弯矩最大值出现在液化土层与非液化土层分界处,桩身剪力最大值出现在液化土层中;在桥梁变截面桩基础抗震设计时,应重点研究液化土层与非液化土层分界处的桩基抗弯能力以及液化土层中桩基抗剪能力,以确保桩基的抗震性能。