自由场典型液化特征数值模拟试验

应用FLAC3D实现自由场液化数值模拟试验。试验结果验证了砂土液化典型特征:超静孔隙水压升高,有效应力降低,体积压缩积累增大。证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态变为流体,不能传递剪力,液化时砂土位移、速度、加速度振幅显著降低,剪应力降低,动水向上渗流,土体向下沉降,水平残留不可恢复位移。球压应力、有效压应力、动水压力满足有效应力原理,但有效压应力的减小与超静水压力的增加不是等量关系。试验表明,激振频率对液化特性有影响,输入频率接近场地自振频率,场地液化程度高,场地位移、变形大。低频输入场地底部液化程度高,高频输入场地顶部液化程度高。输入加速度小液化程度低,输入加速度大液化程度高。采用Byrne塑性模型作不同相对密度自由场液化试验,密实砂土液化程度低,松散砂土液化程度高,超静孔隙水压比稳定值达0.8。作干砂Finn模型数值试验,结果表明,干砂自身的体积压应变比饱和砂大,有效压应力等于球压应力且逐渐减小,干砂没有隔振性能。研究成果为液化场地下结构动力分析提供理论及试验基础。

地下结构碎石排水层抗液化措施数值试验

通过数值模拟验证液化的隔振作用。在浅埋地下结构周围设置碎石排水层,应用FLAC3D作碎石排水层法抗液化数值模拟试验,分析不同碎石排水层方案的抗液化效果和液化场施加碎石排水层后地下结构的动力特性变化。计算结果表明,典型液化场中砂土达到液化状态,其加速度、速度、位移振幅马上衰减;砂土在液化状态变为流体,液化过程是砂土体积压应变不断积累增大的过程,液化后体积压应变积累不再增加,液化土有效应力和抗剪强度均为0,不能传递剪力,起隔离外界力的作用,液化场中结构的加速度反应也比非液化场或弹性场小。液化场中结构的存在降低了其周围的动水压力,结构阻障了周围土液化的产生。液化场中地下结构周围设置碎石排水层,结构周围则不会液化,远处液化场超静水压力显著降低,结构不出现上浮,结构下沉,水平漂移减小,内力增大。研究成果为地下结构穿越液化土层设计提供理论及试验基础。

液化场浅埋地下结构动力特性数值分析

应用FLAC3D作自由场典型液化数值模拟试验、刚性结构对液化场影响试验、液化场浅埋地下结构动力特性试验、弹性场浅埋地下结构动力特征比对试验。试验结果再一次揭示了砂土液化典型特性:体积压缩积累增大,有效应力降低,超静孔隙水压升高。试验证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态不能传递剪力,其加速度、速度、位移振幅显著衰减。试验得出:刚性结构有抑制周围土液化的作用。计算结果表明,液化场中浅埋地下结构的加速度反应比弹性场要小,但液化场中结构的应力应变却比弹性场大。在场地基底水平振动荷载作用下,弹性场浅埋地下结构的受力变形特点以剪切型变形为主,液化场浅埋地下结构受力变形特点以对称弯曲型变形为主。

深厚砂层强震液化机制数值分析

目前勘察规范对砂层液化的判断一般在20 m埋深范围内,为进一步确定强震条件下,深厚砂层在持续振动条件的液化情况,对某水电工程的地质情况建立二维模型,施加经过调整后的地震波,分别在自由场和上覆大坝两种情况下,运用有限差分软件FLAC3D进行震动液化的数值模拟。结果显示:对于埋深大于20 m的深厚砂层,在强烈震动条件下持续震动亦很难发生液化。坝址河床砂层液化易发生在河床两侧接近岸边附近。模型施加大坝后砂层上覆有效应力,对砂土的液化有明显的抑制作用,印证了增加上覆有效应力对抗液化的有效性。

碎石排水层地下结构非自由场液化数值试验分析

在浅埋地下结构周围设置碎石排水层,应用FLAC3D作自由场、普通地下结构非自由场、碎石排水层地下结构非自由场液化对比数值试验,研究碎石排水层法液化场液化分布特性,验证碎石排水层方法的抗液化效果,分析碎石排水层非自由液化场结构的动力特性变化。计算结果表明,液化场中地下结构周围设置碎石排水层,结构周围则不会液化,结构远处液化场中的超静水压力显著降低,结构不出现上浮,水平漂移减小。碎石排水层加大了结构与碎石的整体质量和刚度,增加了结构的稳定性。研究成果为地下结构穿越液化土层设计提供理论及试验基础。