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。     

地震荷载作用下深厚饱和砂土中桩动力特性试验研究

以某工程为依托,进行1∶20比例缩尺2×1桩基模型振动台试验,输入与当地地震设计反应谱接近的3种地震波,研究深厚饱和砂土场地条件下砂土-桩基-结构动力相互作用响应规律。试验再现液化宏观现象,研究表明：深厚饱和砂土场地对地震波高频部分过滤作用显著;随着地震动强度增大,场地液化程度提高,结构水平运动由高频向低频移动,频带范围变宽。同时,上部结构水平运动放大系数由4.56降低至2.75,但该效应对承台不明显;上部结构及承台在加载过程中相互影响,上部结构对承台的影响较大;砂层中部（距土体表面8D处）桩身弯矩相对于桩顶弯矩对输入地震波峰值加速度敏感度更高,随砂层液化程度增大而显著增大。     

非自由液化场地地基动力性能大型振动台模型试验研究

基于1∶10模型大型振动台试验,研究非自由液化场地的地基动力性能。液化场地条件下,与自由场地基相比,非自由场地地基的自振频率明显加大、动力耗能作用提高较小。土层液化前且在小震输入下,地基动力变形的线性特征较突出,主要表现为对地震波的动力放大作用,加速度反应自下而上逐渐增大;土层完全液化后,地基加速度反应自下而上也逐渐增大,这是由于液化地基的层间剪切运动加快且加快的速率自下而上逐渐增大所致。地基孔压变化主要受两方面因素影响:一是随埋深减小,孔压减小,但孔压比增大;二是离桩距离越近,孔压和孔压比越大。土层液化前,输入波主要峰值过后,自下而上孔压消散逐渐减慢。较大震输入下,自下而上孔压有减小的趋势,但最大孔压比均很快达到液化孔压比;输入波主要峰值过后,孔压消散很缓慢,尤其是孔压消散随埋深减小越来越慢。试验中还出现瞬时负孔压的有趣现象,这也许是由于可液化土层发生瞬时膨胀作用所致。     

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。     

土-承台动力相互作用对砂土场地桩基桥梁地震反应的影响

在桩基桥梁的地震反应分析中,桩-土动力相互作用是个重要的问题,而对于采用低桩承台基础的桥梁,承台埋在土面以下,还存在土与承台之间的动力相互作用。目前,地震反应分析中一般不考虑土-承台动力相互作用的影响,相关研究也很少。为此,利用OpenSees有限元分析程序,基于p-y曲线建立了土-结构一体化桩基单墩模型,选择40条实际岩石场地地震记录作为输入,开展了考虑土-承台动力相互作用的桩基桥梁地震反应分析。结果表明,考虑土-承台动力相互作用后,结构的基本周期会减小,墩底曲率会明显增大,桩顶曲率会大幅减小,但墩顶位移的减小可以忽略。     

可液化河谷场地简支梁桥的地震反应分析

为分析可液化河谷场地简支梁的地震反应,首先基于OpenSees,采用二维场地-结构整体化模拟方法对某离心机试验进行了数值模拟,并验证模拟方法的可靠性;然后建立了一座典型河谷场地-三跨简支梁桥的有限元模型,分析场地液化与否对场地及简支梁桥各部件地震反应的影响。结果表明:与输入地震的加速度谱相比,液化场地可延长地表土体加速度反应的卓越周期;与场地未液化相比,场地液化可导致地面大变形,桩基础在桩顶和土层分界处的弯矩、桥墩倾斜程度、滑动支座位移均有所增加,但场地液化与否对墩底弯矩的影响很小。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

冲刷条件下的桩基桥梁振动台试验

为了研究河床冲刷效应对自由场和桩基桥梁地震反应的影响,设计并完成冲刷条件下的桩基桥梁振动台试验。试验采用了层状剪切土箱,场地采用均一砂土土层来模拟,其相对密实度约为50%。桩基桥梁试件为2×2群桩基础单墩结构,墩顶固定4t的钢质量块来模拟桥梁上部结构,结构整体的一阶周期约为0.5s。试验共分为自由场、小冲刷深度试件和大冲刷深度试件3个工况,冲刷深度变化范围为0~8倍桩径。试验采用白噪声输入得到了场地和结构的特征周期,并通过Chi-Chi地震实测记录研究了场地土和结构的地震反应。结果分析阶段主要通过加速度计、位移计以及应变片的结果,分析了场地土和结构的动力特性、场地土的加速反应、结构的加速反应和曲率分布等。试验结果表明:冲刷条件下桩基桥梁的地震反应会受到结构和场地土2个因素的影响;场地土层会对基岩的地震动产生显著的放大效应;随着冲刷深度增大,桩基桥梁地震反应的最不利位置由桥墩向桩基础转移,且群桩基础的首次屈服位置会由桩身向桩顶转移。     

碎石桩加固铁路路堤液化地基孔压变化的模型试验研究

以玉蒙铁路碎石桩加固处理路堤液化地基为工程背景，采用水平振动模拟地震荷载进行了碎石桩复合地基路基的振动台模型试验，试验测试了不同位置的孔压，对孔压的时程、分布特点和孔压比的变化进行了分析。水平加速度为0.3g时，路堤坡脚以外地基产生液化，而路堤范围内未出现液化。采用碎石桩复合地基加固铁路液化地基时，需适当加宽加固地基的宽度。     

沿海软土地区PHC管桩-土-结构模型振动台试验

为了解沿海软土地区PHC管桩在地震作用下的动力反应、桩-土动力相互作用特性以及破坏模式,开展PHC管桩-土-结构模型体系的地震模拟振动台试验研究。通过输入3种不同地震波,并逐渐增加地震波峰值,研究预应力度、土体特性对模型体系的地震响应与破坏模式的影响。研究结果表明:土体饱和与否对模型体系的动力特性和地震响应影响较大,PHC管桩的预应力对其动力特性有一定影响,破坏模式也不相同;土体未饱和时,基本烈度地震作用下PHC管桩的一阶频率下降不大,土体饱和时,随着地震波激励的增加,模型体系的自振频率逐渐下降、阻尼比逐渐增大,PHC管桩-土-结构间的相互作用加大,结构开始损伤破坏,频率最大下降至初始频率的50%;预应力的存在可较显著地减缓地震作用下结构的损伤破坏;加速度峰值越大或者土体越深,孔压比越大,最大超过1.0,并出现液化现象,且液化持续时间远大于地震波持时。研究结果可为沿海软土地区PHC管桩的应用和规范的制定提供参考。     

行波激励下桩-土-斜拉桥多点振动台试验

为了研究桩基和场地土以及地震动空间效应对大跨斜拉桥地震反应的影响,以一座试设计主跨1 400m超大跨斜拉桥为试验原型,按1/70几何缩尺比设计和制作了一座包括群桩基础、模型土和上部结构等在内的试验全模型,缩尺后试验模型全长38.2m;根据动力等效原则,采用由砂子和木屑均匀混合而成的模型土模拟场地土,且用层状剪切土箱盛放。采用时间滞后的方法实现行波效应,通过多点振动台试验分别研究了纵向行波、横向行波对超大跨斜拉桥地震响应的影响及其机理。试验结果表明:行波作用对斜拉桥地震响应的影响非常复杂,纵向行波使塔顶纵向加速度和主跨竖向加速度的最大增幅分别约为50%和40%,而横向行波使塔顶和主跨横向加速度的最大减幅分别为15%和50%;纵向行波使主跨竖向位移的最大增幅约为40%,而横向行波使其横向相对位移的最大减幅为20%。行波作用对斜拉桥不同构件地震响应的影响也不同,与一致激励结果相比,纵向行波使塔顶、塔-梁以及墩顶相对纵向位移的最大减幅分别约为50%、40%和60%,使主跨竖向位移的最大增幅约为40%。此外,试验发现桩-土-结构相互作用对主塔、桥墩的加速度响应产生明显不利影响,使塔底增大2倍多,墩底增大1.1~4.0倍。基于上述结果,建议在斜拉桥地震反应分析或抗震设计时,需考虑行波效应和桩-土-结构相互作用等因素的影响,特别是其不利影响。     

振动砂石桩消散动孔压作用的有限元分析

根据地震时砂土地基中的动孔压的累积和消散作用的孔压发展模型，利用有限元方法分析砂石桩加固地基后孔压的发展情况，以此来评价在防止砂土液化方面砂石桩所起的作用。     

相对密实度及激振频率对可液化场地动力响应特性影响数值模拟研究

基于Finn孔压模型,探讨相对密实度和激振频率对可液化场地动力特性的影响。研究结果表明:相对密实度小的场地最大超静孔压比更大,松散场地振动时需要耗散的能量大于密实场地;场地响应加速度放大系数与相对密实度呈线性正相关;液化后的松散场地对加速度有隔振作用,密实场地会放大加速度;埋深越大的砂土所受围压越大,砂土结构越不易破坏,液化程度越小;输入自由场地的激振频率越大,响应加速度放大系数越小,场地越不易液化。     

高速公路碎石桩复合地基加固数值模拟

通过数值模拟分析了高速公路碎石桩复合地基在桩体施工、路堤填筑、运行期全过程和地震动荷载等作用下的受力问题。计算结果表明:碎石桩在路堤的填筑和运行期中起到明显的排水固结作用,当桩长大于6m后复合地基中的孔压最大值变化较缓慢;在桩长大于10m后路堤底面的沉降量和坡脚的水平位移量变化均会较小。地震荷载作用下路堤顶部的水平向加速度峰值较底面更大;在碎石桩加固范围内,复合地基的水平刚度大于天然地基,而在整个地基内,复合地基的竖向刚度均大于天然地基,在地基刚度较大的情况下位移最大值较大;天然地基在路堤坡脚下方、路堤边坡等位置较易发生液化,经过碎石桩加固后降低了地基液化的可能性。     

桩-土-结构相互作用动力离心模型试验方案设计研究

以滨江广场地基土、桩基及上部结构为研究对象,设计了三者相互作用的动力离心模型试验方案。对桩-土-结构地震响应的动力离心试验进行相似关系设计和相似材料的研究,选择了对体系地震响应具有控制作用的参数,根据Buckingham法,计算了土、桩基及上部结构的相似常数,建立相似关系。对模型材料的物理力学特性进行试验,测得模型土的级配曲线和抗剪参数;基于计算结果,根据桩的抗弯刚度相似进行了模型桩的设计。根据桩-土-结构相互作用的特性对模型测试元器件进行了合理的布设,并设计了地震波及加载工况。所得结果为即将开展的桩-土     

黏质粉土中在单向地震动输入下的低承台桩基动力响应特征分析

针对均质黏质粉土场地中上部荷载一定而设计了五桩一承台的布桩方式,采用强震记录的El-Centro-NS波前30 s地震动加速度时程作为地震动输入时程,进行了单向地震动输入的数值模拟,揭示了动力响应的特征及机理。数值模拟研究表明:墩顶、墩底、桩顶的加速度峰值分别是输入加速度峰值的2倍、0.8倍和0.76倍,表明上部结构的运动效应受结构惯性力影响更大;地表结构物的结构尺寸、荷载对地震响应具有显著的影响;承台与承台侧土体对加速度具有一定的削减作用。承台底面土体沉降先随着地震动小幅度波动,之后随着地震动幅值的增大,沉降迅速放大。五桩一承台布桩方式下,五根桩加速度峰值自桩端向上先增大,至埋深25 m附近开始减小,至埋深13 m附近峰值加速度减小到最小,再向上加速度峰值又迅速放大。     

微型桩-承台-挡墙在临水软弱土路堤加固中的应用

张家界市融山东路新建工程需在紧临澧水一侧对原有公路进行扩宽,针对该场地地层软弱、施工作业区狭窄、河水水位变化较大的特点,设计采用微型桩-承台-挡墙对拼宽路堤进行支挡加固。微型桩采用注浆钢管桩,矩形布置3～4排,并通过加劲筋与承台相连;挡墙采用在承台上现浇而成的素砼衡重式挡墙。对该组合结构的受力进行验算,得出地基承载力、单桩抗剪能力和结构整体抗滑稳定性均满足要求,同时现场监测的水平位移和沉降均远小于警戒值,表明微型桩-承台-挡墙组合结构有效保证了空间受限且地基软弱路堤的稳定性。     

桩基础桥梁非线性地震反应分析模型及试验研究

为研究强震下桩基础桥梁的非线性地震反应滞回规律,综合考虑桩侧土水平向仅受压非线性与竖向的摩擦作用以及桩尖土的非线性压入与提离作用,提出了桩基础桥梁的非线性地震反应分析模型,并通过单墩桩基础桥梁模型的拟静力加载试验验证了改进模型的合理性。以某客运专线跨度为32m的双线简支梁重力式桥墩为背景,根据不同构件的非线性建立了4种模型,利用非线性时程反应分析方法对4种模型进行分析。结果表明,承台底剪力~水平位移、承台底弯矩~转角呈纺锤状滞回规律,地基土的仅受压非线性特性对地震反应结果影响较大,建议桩基础桥梁在进行非线性地震反应分析时考虑地基土的影响。     

公路桥梁高承台桩基沉降分析研究

桩基的沉降计算是桩基工程设计不可忽视的关键问题之一.为探讨高承台桩基沉降特性,基于荷载传递法提出一种高承台桩基沉降计算方法,并采用多组不同参数对某高承台群桩的沉降特性进行了比较计算和深入分析,得到了多个影响因素下群桩沉降的变化规律.     

土工织物散体桩加固饱和粉土液化地基的数值模拟

饱和粉土地层在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。该文采用三维有限差分程序FLAC3D(Fast Lagrang-ian Analysis of Continua)对碎石桩加固的液化粉土地基进行数值模拟,采用动力和流体的流固耦合理论分析了振动过程中土体孔隙水压力的产生、扩散与消散,得到碎石桩加固液化地基土模型的抗液化效果。经数值分析,证实了碎石桩具有显著的排水效果。该方法能较好地模拟可液化土的动力特性,为液化场地土-结构相互作用体系动力分析提供了参考。