软土场地大直径变截面群桩动力响应特性的研究

为探明软土场地大直径变截面群桩基础动力响应特性，以翔安大桥实体工程为例，应用FLAC 3D软件，构建桩—土相互作用模型，研究在5010、1004以及典型的Kobe波和El-Centro波作用下软土场地群桩加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力动力响应规律。研究发现，覆盖层对地震波具有较强的“滤波”作用；桩端加速度峰值出现的时刻有不同程度的滞后现象，在5010波、1004波、Kobe波、El-Centro波作用下桩端加速度峰值出现时刻分别滞后0.54 s、2.00 s、0.46 s、1.34 s;桩顶加速度、桩顶加速度放大系数和桩身位移峰值在1004波作用时较大，分别为5.30 m/s²、6.84、227.30 mm,桩顶永久位移、桩身弯矩峰值和剪力峰值在5010波作用时较大，分别为50.63 mm、2.38 MN·m、195.55 kN;桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值都出现在软硬土层分界面。在桥梁桩基础抗震设计时，应着重关注软土层分界处的抗弯能力和抗剪能力设计，且考虑各种类型地震波作用对桩基的影响。     

不同坡率条件下边坡动力响应特性研究

基于FLAC-3D软件建立坡率为0.75∶1、1∶1、2∶1的3个边坡,考虑地震加速度时程的输入,模拟不同坡率下边坡坡顶与坡脚的位移、速度、加速度以及剪应力的响应特性,并得出以下规律:随着地震波加速度时程的不断作用,坡顶位移呈非线性增长模式,坡率越大,边坡坡顶位移越大;坡顶水平速度呈上下波动形式,总体呈现出先增大后减小的波动过程,边坡在动力作用下破坏具有突发性;地震作用下边坡坡顶加速度具有放大效应,动力作用下边坡坡顶的放大系数不会超过6.5;坡脚位移随加速度时程呈现出非线性增长模式,随着坡率的增加坡脚竖向位移呈先增大后减小的趋势;坡脚水平速度呈上下波动形式,总体呈现出前期先增大后减小的波动过程;边坡坡顶加速度具有放大效应,动力作用下边坡坡顶的放大系数不会超过3.1。     

地震下斜坡桩场地及桩基动力响应的数值分析

结合离心机振动台试验与开源有限元软件OpenSees研究了斜坡场地上桥梁桩基动力响应问题。首先基于多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,对离心机振动台模型试验结果进行了验证分析。计算与实测结果的对比表明:数值模型可较好反映实测规律;桩身最大残余水平位移随El-Centro波地震动加速度幅值的增大呈非线性增加;桩身最终弯矩最大值出现在基岩与土层的交界面处;斜坡场地坡肩较坡顶在地震作用下更容易发生剪切变形,且软硬岩土层倾斜交界面将削弱其抗震耗能的能力。在此基础上,分析斜坡坡角、砂土重度和桩身直径3个主要因素对桩身和斜坡坡肩处土体动力响应规律变化的影响。结果表明:减小斜坡坡角或增大桩身直径均可降低地震荷载对桩基的影响,而砂土重度影响较小;3个因素对斜坡坡肩各深度处土体的动力响应均会产生影响,但其影响程度各有不同;较大的斜坡坡角会显著增加斜坡坡肩各深度处土体的剪切变形;增大桩身直径会大幅度减少斜坡坡肩处中层和深层土体的剪切变形,但对浅层土体影响较小。这些结论可为今后的工程设计提供参考。     

潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

超大跨斜拉桥群桩基础多点振动台试验

为研究一致激励条件下大跨度桥梁群桩基础的地震响应,以一座试设计斜拉桥(全长2 672m,主跨1 400m)为原型,设计了1/70的桩-土-桥梁结构全桥物理模型,基于该全桥模型开展群桩基础振动台试验研究。采用微粒混凝土和铁丝制作钢筋混凝土主塔和桥墩,C40混凝土和6mm螺纹钢制作桩基础和承台,质量比为3∶1的砂子和木屑模拟土体。模型包含8组群桩基础,分别支撑过渡墩、辅助墩和主塔。地震波采用人工波Acce100,自然地震波El Centro,Mexico City和Chi-Chi,以研究不同卓越频率地震波输入对大跨度桥梁群桩基础的影响。分析群桩基础的地震反应规律,包括不同桥墩处桩基础的桩身加速度、位移和弯矩。结果表明:因不同位置处群桩基础振动特性不同,相同地震动经各群桩基础传递至过渡墩、辅助墩和主塔底部,产生不同变化,导致不同桥墩或主塔处输入上部结构的激励不同;支撑辅助墩和主塔的群桩基础,桩顶加速度和相对位移随着输入地震波加速度峰值的增加而增加,但峰值加速度放大系数降低。4种地震波中Chi-Chi波引起的各群桩基础桩顶相对位移和桩顶弯矩响应最大;输入地震动为Mexico City波时,过渡墩处的群桩基础桩顶相对位移、加速度峰值放大系数大于辅助墩处群桩基础的相对位移和放大系数,输入地震动为其他3种地震波时,结果相反。     

可液化场地高承台群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验

采用高承台群桩-独柱墩结构体,进行可液化场地群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,再现自然地震触发地基液化及桩基破坏等宏观现象;通过试验监测了液化场地中地基的加速度、孔压反应以及桩-柱墩的加速度、位移、应变反应和上部结构的加速度反应等。结果表明:输入地震波幅值和埋深是影响砂层孔压的重要因素;地震作用中,随着场地液化的发展,自下而上砂层加速度先逐渐减弱后逐渐放大;高承台桩基地震响应与土层土性、地震动大小、场地液化程度等密切相关,地震作用下场地液化容易诱发高承台群桩体系的倒塌。     

大跨径钢筋混凝土拱桥的地震时程响应分析

针对某在建150 m跨径钢筋混凝土箱形拱桥,采用开发的基于ANSYS的大跨桥梁抗震分析计算模块进行地震加速度时程响应分析。选用天津波和EL-Centro波两种加速度时程曲线,采用一致激励和行波激励分别进行地震时程响应分析。结果表明:与一致激励相比,考虑行波效应时,拱脚弯矩、l/4截面轴力和弯矩均有显著增大,拱脚轴力、拱顶轴力和弯矩则有所减小;各部位的顺桥向位移均增加。开发的抗震分析模块应用于实际工程中效果较好。     

不同频率地震波作用下的土质边坡动力响应研究

运用有限差分软件FLAC2D，通过改变正弦波的频率，研究边坡的位移、加速度和速度的动力响应。结果表明:坡体对地震波加速度有放大作用，随着竖直高度的增加或距离坡面距离的减小，放大效应愈加明显，且在坡顶处放大系数最大；在坡面中部，坡体对地震波速度有削弱作用，但在坡顶和坡脚处表现为放大作用，且速度最大值位于坡脚处。边坡在地震波持续作用下位移增大，且最大位移出现在坡脚处，当其达到临界状态时边坡失稳。当地震波频率逐渐增大，加速度峰值放大系数呈增大趋势，速度放大系数呈增大趋势，坡体位移呈减小趋势。     

大跨连续刚构桥施工阶段地震响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥施工阶段桩-土效应对地震响应的影响,以赤水河大桥为例建立考虑桩-土效应和不考虑桩-土效应的两种MIDAS有限元模型,分别采用响应谱法和动态时程分析法对施工过程中最大悬臂端进行地震响应分析,通过对最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底的弯矩、剪力的对比分析,得知考虑桩-土效应时,桥梁整体刚度下降,结构变柔,桩-土效应影响桥梁的某种动力特性;桥梁最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底弯矩、剪力随着激励方向不同产生不同的变化。     

桩筏连接形式对劲芯复合桩地震响应影响试验研究

为揭示桩筏连接形式对可液化地基中劲芯复合桩地震响应的影响规律,采用1g振动台开展了连接式和非连接式复合桩桩筏基础的模型试验研究,对比分析了2组试验工况中模型体系的固有频率和阻尼比、试验场地宏观现象、土体的超孔压和加速度、上部结构的加速度和位移、桩身弯矩等动力响应。2种工况中均输入不同地震动强度的El Centro地震波。试验结果表明：非连接式桩筏（DPR）工况中模型体系的固有频率小于连接式桩筏（CPR）工况的固有频率,而DPR工况的阻尼比大于CPR工况;采用DPR基础可减轻地基土体的液化程度,其超孔压比峰值比CPR工况最大可减少19.3%;在不同地震动强度下,中粗砂垫层的隔震效应使得DPR工况中地基土体和上部结构的加速度反应均低于CPR工况,0.4g El Centro波输入时,DPR工况中上部结构加速度放大系数比CPR工况减少13.5%;DPR基础的整体性和刚度相对较差,导致DPR工况上部结构侧向位移和筏板沉降均较CPR工况增加50%以上;地基液化导致桩身弯矩急剧增大,CPR工况中复合桩的最大弯矩出现在桩头,而DPR工况中桩身弯矩峰值出现在距桩头1/3~1/2桩长处,且DPR工况中桩基弯矩峰值较CPR工况减少近50%。因此,桩筏连接形式差异对劲芯复合桩地震响应影响显著,研究成果可为液化土层中劲芯复合桩桩筏基础的抗震设计与研究提供参考。     

考虑斜坡效应的地基水平抗力比例系数确定方法

水平地基抗力比例系数对桩基设计至关重要，基于平坦场地比例系数设计的斜坡基桩，常因忽视斜坡效应的影响而带来安全隐患。为研究斜坡效应对斜坡地基比例系数的影响，设计并完成了4组黏性土坡基桩水平静载模型试验，获得了0°、15°、30°及45°坡度下地基等效比例系数与地面处桩身水平位移曲线及桩顶荷载-位移梯度曲线等；建立了地基比例系数与坡度间的拟合关系式；对比分析了斜坡地基比例系数取值对基桩水平承载特性的影响。研究结果表明：黏性土坡地基比例系数随桩身水平位移增大而呈非线性关系减小，当地面处桩身水平位移小于6 mm时，地基比例系数急剧减小，而后减幅较小；基桩临界荷载和极限荷载均随斜坡坡度增加而减小，与平地相比，斜坡坡度每增加15°，基桩临界荷载和极限荷载约分别减小17%和16%；结合现有试验表明，斜坡坡度越大，地基比例系数越小；坡度每增加15°，对应的碎石土、砂土及黏性土坡地基比例系数m约分别减小38%、32%和31%；根据现有试验以及试验结果，建立了不同类型斜坡地基比例系数取值标准与斜坡坡度之间的经验关系，可为斜坡桩基设计提供参考依据。     

广州某地下电缆软土地层钢板桩拔除对既有隧道影响分析

钢板桩以其整体刚度大、打拔桩容易和施工速度快等优点被广泛应用于基坑工程中,但钢板桩在拔除后,土体极易留下孔隙,从而造成地面以及邻近建构筑物开裂。从钢板桩施工特点入手,采用数值模拟方法,对软土地层条件下钢板桩拔除后产生40,100,150,200 mm 4组孔隙宽度时对既有隧道位移和受力影响,以及地表变形等问题进行了分析。结果表明:孔隙宽度越大,既有隧道位移和受力也越大,在孔隙宽度为150 mm时,拉应力增量为4.65 MPa,大于拉应力增量容许值的4.5倍;既有隧道邻近钢板桩侧的位移和受力较远离钢板桩侧要大得多;钢板桩拔除后产生的孔隙对其周边10 m范围内的土体影响显著。由此提出优化拔桩顺序、减小拔桩带泥量、周边土体加固以及加密监测等工程措施,对类似地质条件下钢板桩拔除时邻近建构筑物的保护具有一定的借鉴意义。     

非液化场地中桩-结构体系地震响应与桩基失效模式分析

基于非液化场地-群桩基础-上部结构大型振动台试验,建立了非液化场地-桩-结构体系地震响应数值计算模型,在分析桩-结构体系动力响应基础上,深入探讨动力荷载下非液化场地中的桩基失效模式。通过对比数值计算模型所得典型地震响应结果与试验结果,验证了数值计算模型的有效性和合理性,进一步探讨了非液化地基中土-结构体系地震响应规律,重点关注在地震作用下桩基失效过程及桩基-结构体系地震破坏模式。结果表明：在地震作用下,土体加速度在松砂层中不再放大,在最上部出现一定放大,且桩基加速度反应也有相似规律;各深度处土体动剪应力-动剪应变滞回曲线表现出对角线斜率小幅减小的趋势,说明等效剪切模量也出现不同程度的降低,也即地基各处土体抗剪强度均有一定下降;桩身最大弯矩出现在桩身中下部,在桩头与土层交界面附近桩身剪力较大,说明可能发生桩头剪切破坏或桩身弯曲破坏。     

岩质边坡稳定性数值模拟及动力响应分析

采用快速拉格朗日方法,以差分技术引入时问因素实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟,对湖南省对121援建项目一四川理县至小金公路工程中豹子嘴边坡建立了三维模型,并采用2008年5．12汶川M8．0级地震中木卡站实测的地震波,在对地震波进行校正的基础上,进行动力数值模拟,分析了地震荷载作用下岩质边坡的位移、加速度和速度的动力响应过程和规律。岩质边坡动力响应分析表明地震荷载下岩质边坡最小水平永久位移、最小水平加速度反应峰值及最小水平速度反应峰值均发生在坡脚处,且在竖向方向均存在较明显的放大效应,其位移、加速度和速度的放大效应存在一定差异,放大倍数分别为18,1．3和6．35。     

路堑边坡桩锚支护施工过程数值分析

对长沙市某桩锚支护路堑边坡的施工过程进行数值模拟,分析研究边坡开挖对周围土体变形、支护结构变形及受力的影响。结果表明:桩顶的位移先向边坡土体变形,再向坡前临空面变形;边坡开挖后坡顶的小土坡在其坡面中点高度处产生的y向位移最大;边坡开挖对坡顶的6层建筑物无太大影响;边坡土体开挖后在开挖面的中部和边缘处会出现较大的地表隆起;开挖面以上桩后各点的土压力随着开挖高度的增加出现先增大后减小的现象;第1～3排预应力锚索自由段的轴力是随开挖高度增加先减小后增大,而第4～6排预应力锚索自由段的轴力仅有增长的趋势,最终锚索的最大轴力均小于初始预应力值。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

高铁盾构隧道施工对邻近桩基影响数值分析

以天津-潍坊高铁双线海河隧道下穿既有市政桥梁工程为依托,为探究盾构施工过程对地表沉降及市政桥梁桩基变形的影响规律,采用有限元分析软件Midas/GTS NX对盾构开挖全过程进行模拟.模拟结果表明,高铁隧道开挖至市政桥梁附近时地表沉降速率变大;地表沉降量最大的位置并不是桥梁桩基附近;在地质条件不好的情况下,隧道穿越桩端位...     

黄土地区抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成演化过程试验

抗滑桩是大型交通基础设施中稳定边坡和治理滑坡的主要手段之一，嵌固段桩前被动土拱效应是影响抗滑桩水平承载力的重要因素，被动土拱的形成演化过程是抗滑桩水平抗力调整的关键。通过几何缩尺比例为1∶15的抗滑桩物理模型试验，对桩前被动土拱的形成演化过程进行了探究。根据抗滑桩桩前被动土拱和模型试验系统的对称性，自主设计土压力传感器的布设方案，以保证在试验过程中对桩前土体各测点的x和y方向土压力分布规律进行实时采集；采用千斤顶对模型桩施加水平荷载，对加载过程中抗滑桩嵌固段桩身弯矩、桩前土压力及桩前土体应力变化规律进行了分析。绘制桩前土体应力云图并对桩前被动土拱拱轴线进行了拟合，同时采用数值模拟方法进行对照分析，以揭示桩前被动土拱的演化过程。结果表明：①桩身弯矩和桩前接触土压力均在嵌固点下4倍桩宽处附近出现极大值，后随埋深逐渐减小；②桩前被动土拱是由相邻桩对桩前土体的相互作用使主应力发生偏转而逐步形成的，其演化过程可分为初步形成阶段、承载阶段和破坏阶段；③桩前被动土拱拱轴线呈抛物线形式，随埋深逐渐增大形成被动土拱所需桩顶位移随之增大；④同一埋深处桩前被动土拱矢跨比随桩顶位移增加而逐渐变大，在承载阶段土拱矢跨比随埋深逐步减小。