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。     

砂土场地高承台群桩基础地震响应特征试验研究

基于干砂场地和饱和砂场地中高承台直群桩和高承台斜群桩离心机振动台试验,分析干砂和饱和砂地基土、高承台直斜群桩基础动力特征参数,并对比研究干砂与饱和砂场地中地震动强度对地基土和高承台群桩基础动力响应的影响.结果表明：1）饱和砂土地基的主周期更长,且包含更多长周期成分;同相对密实度的饱和砂土地基阻尼比是干砂地基的两倍;土-...     

液化场地的桩-土-上部结构振动台模型试验的研究

文章以液化场地桩-土-结构动力相互作用体系的振动台试验研究为基础,结合非液化场地桩-土-结构动力相互作用体系的振动台试验,再现了液化场地中上部结构与桩基的震害现象;基于振动台试验,对试验现象;孔隙水压力、土体及上部结构的动力反应、桩的应变等进行了研究和分析.结果表明:液化地基使承台在震后有明显的不均匀沉降,上部结构位移...     

基于FLAC~(3D)液化场地桩-土动力相互作用研究

文章研究液化场地对桩基的影响,得到基础液化对桩基的影响规律;以液化场地桩基变形为研究对象,通过液化判定准则与超孔压比的变化了解液化的过程,利用FLAC3D有限差分软件,分别探讨了桩身弯矩和桩-土相互作用力在地震作用下的变化以及液化作用对桩、土位移的影响,并对群桩中的角桩、边桩和中心桩弯矩幅值进行对比。研究结果表明,桩侧向位移随液化程度的加深而变大,在土体达到液化状态时,桩身弯矩和桩身剪力也达到了最大,且角桩和边桩的弯矩幅值比中心桩大。     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

悬臂围护基坑开挖对邻近双桩基础影响的三维数值研究

目的研究悬臂围护基坑开挖引起地层移动对临近双桩基础的影响.方法运用岩土数值计算程序FLAC~(3D),采用修正剑桥模型模拟土体的非线性应力-应变关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面,通过与离心机试验结果的对比表明数值模拟能较准确反映临近桩基的位移和内力,然后就桩承台、桩到基坑距离、围护墙体刚度及桩顶竖向荷载的影响进行研究.结果双桩桩顶自由时的位移、内力等要小于同位置单桩,双桩带承台时前、后桩上部会产生负弯矩,随距离增大和围护墙刚度的增加双桩位移、内力和桩侧土压力等均减小,在桩基允许承载力范围内竖向荷载的影响很小.结论前后桩之间存在加筋和遮拦效应,前后桩通过承台相互作用且变形协调.     

饱和砂土中桩基的振动台试验

确定地震荷栽作用下液化土层中桩的p-y特征参数,是客观评价此时桩水平承载特性的关键．通过饱和砂土中桩基的大型振动台试验,获得了不同相对密度砂层液化时的桩身弯矩和桩顶重物的加速度．根据试验结果,提出利用对静力p-y(p为相互作用力,y为相对位移)曲线进行折减,得到液化砂土中桩的水平承载特性的方法,进而应用非线性文克尔地基梁模型,计算了砂土液化时的桩身弯矩．若砂土的相对密度为20%～40%时,把静力p-y曲线折减为原来的0．1,作为液化砂土的p-y曲线．数值计算的桩身弯矩与试验结果比较一致．     

冻土覆盖下液化场地桩基地震响应的振动台试验研究

利用振动台进行了在地震激励下冻土、可液化砂土与钢管桩之间的相互作用模拟试验研究.试验设计柔性模型箱装填土体以模拟边界影响,通过配比试验制备混凝土砂浆模拟上覆冻土层,采用饱和砂土作为液化土,利用顶部附加集中质量的方法模拟钢管桩的惯性荷载.试验过程中选取调幅地震波模拟地震激励,通过实时测量桩的应变、桩/冻土位移和砂土内的孔隙水压力等方面的数据,分析冻土层覆盖下砂土的液化情况和与之对应的桩基动力反应情况.试验结果显示:在地基液化发生前,冻土层可以给桩基提供一定的侧向约束,有利于提高其承载力并抑制其侧向变形;然而一旦出现液化,冻土层则可能增强地基液化的趋势,导致桩基承载性能下降.     

砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析

针对砂土地基中的一种新型基础型式——垫层隔震基础，开展地基-基础-结构动力相互作用的离心振动台试验和三维数值模拟。通过对比不同峰值和类型地震波作用下新型垫层隔震基础与传统群桩基础的动力响应，探讨垫层隔震基础的隔震机理，并结合参数分析垫层厚度等因素对垫层隔震基础地震响应的影响规律。结果表明，与群桩基础相比，垫层隔震基础的上部结构加速度降低，但其峰值及残余位移较大；桩顶约束减弱，筏板与垫层在强震下相对滑动，传递的惯性力降低，导致桩身最大弯矩减小且位置下移；桩身弯矩随垫层厚度的降低而显著增大。     

基坑开挖对临近桩基影响的数值分析

临近建筑物的桩基础受到因基坑开挖引起的土体侧移作用,导致桩身产生附加弯矩、应力和位移。采用三维有限元法分析了桩基和基坑的间距、桩基刚度、桩顶竖向荷载和桩基顶部约束条件等对桩基附加弯矩、位移的影响,得出了一些有意义的结论,为类似的工程分析提供一定的理论指导。     

成层液化土中单桩-土-结构系统的水平振动分析

根据地震场地液化特征,将土层分为上部液化土层与下部非液化土层,并基于桩-土相互作用的Winkler模型,将桩等效为Rayleigh梁.建立了考虑上部结构的质量、转动惯量、桩身转动惯量和轴力效应的单桩-土-结构系统的控制方程和边界条件,在频率域给出了问题的解析封闭解.通过与相关实验结果的比较,验证模型和解析解的合理性和有效性,分析几何、物理参数等对单桩-土-结构系统位移放大因子、动力放大因子的影响.研究结果表明:桩身轴力使系统的基频更加趋向地震的主频;土壤的液化使得上部结构动力响应更加剧烈,随着土体液化程度的发展,桩的临界载荷将减小,最终导致桩发生失稳破坏.     

考虑碎石桩加固的液化场地桥梁地震风险分析

以一座典型的四跨钢筋混凝土连续桥梁为例,建立三个液化场地桩-土-桥梁体系平面应变有限元模型,考虑饱和土体中孔隙水与土颗粒的动力耦合效应,探究碎石桩作为桥梁工程抗液化加固措施的效果.通过构建液化场地桥梁结构的易损性曲线和地震危险曲线,在概率理论框架下诠释碎石桩加固措施对桩基桥梁地震风险的影响,并对有无碎石桩加固措施的计算...     

基于流体力学方法的液化后砂土流滑推桩效应

采用计算流体动力学(CFD)中的流体体积(VOF)方法和固体力学中的有限元法,对液化后砂土流滑的推桩效应进行研究.将液化后砂土分别视为牛顿流体和剪切稀化非牛顿流体,将单桩视为线弹性结构,分析了牛顿流体黏度、非牛顿流体稠度系数和流动指数对推桩效应的影响.研究结果表明:将液化后砂土视为牛顿流体,则距离桩顶越近,桩身位移越大,距离桩底越近,桩身应力就越大;随着液化后砂土黏度的增大,桩身位移和应力也越大,曲线间差距则越来越小;将液化后砂土视为剪切稀化流体,沿桩身的响应规律与牛顿流体一致;稠度系数和流动指数的变化只会影响桩身位移和应力数值的变化,对变形方式不会产生影响.     

可液化河谷场地不同形式梁式桥的地震反应

场地液化对河谷场地中不同结构体系、不同基础形式的梁式桥的地震反应可能具有不同程度的影响.针对该问题,以典型可液化河谷场地三跨梁式桥为背景,建立了二维场地-桥梁结构一体化有限元模型,包括群桩基础简支梁桥、群桩基础连续梁桥和桩柱式基础简支梁桥3种桥型,并进行非线性地震反应分析.从场地和桥梁震后变形、桩基础变形分布、桥墩漂移率、滑动支座位移和桥台伸缩缝位移等方面,探究不同形式梁桥的地震反应规律,重点揭示场地液化对不同形式梁式桥地震反应的影响规律.结果表明:场地液化会显著增大群桩基础简支梁桥的落梁风险,群桩基础连续梁桥受场地液化的影响次之,桥台处的落梁、台梁碰撞风险也较大,而桩柱式基础简支梁桥受场地液化的影响较小.     

短桩加固液化砂土时孔压比随桩距变化规律分析

利用小型振动台模型试验,研究了砂桩加固饱和砂土地基的液化问题,通过分析模型地基内孔压比的变化规律,探讨不同桩距对抗液化效果的影响。试验表明采用砂桩加固可液化砂土,桩长相同时,并不是桩距越密效果越好,抗液化效果与桩体在地基内形成的排水效果密切相关。     

堆载预压对邻近桩基处理施工交叉影响的有限元分析

为了研究多种地基处理交叉施工的影响,结合广佛肇高速公路的工程实例,利用有限元方法分析了堆载预压与桩基处理交叉施工的影响.分析结果表明:与桩基处理相比,交叉施工导致桩基的水平位移与竖向位移大大增加,且距离堆载坡脚越近的桩基,位移增加越明显,这必然引起桩基的偏移以及桩基的不均匀沉降;同时,桩基受到的弯矩明显增加,这对桩基的抗弯性能提出了更高的要求;此外,交叉施工还会导致桩土位移差大大增加,桩间土出现绕流,极大地降低桩基的承载力及稳定性.     

土弹性模量对土—结构共同作用体系影响分析

为了分析岩溶区土的弹性模量对共同作用体系的影响,建立岩溶地基—桩筏基础—钢框架核心筒结构三维有限元模型,对比分析桩间土弹性模量变化时,上部结构的动力响应情况。结果表明:桩间土弹性模量的变化对共同作用体系的动力响应有一定的影响,随着桩间土弹性模量的增加,上部结构加速度峰值、位移峰值、层间位移角峰值整体上有减小的趋势,位移峰值变化率最大为12.76%,加速度峰值和层间位移角峰值变化率都在10%以内;基础的弯矩和剪力减小。分析其原因是桩间土弹性模量的增大,增大了地基的刚度,使地基土在地震作用下的变形减小,对桩筏基础的约束增大,从而使上部结构的动力响应和基础的内力减小。     

初始各向异性砂土不排水剪切特性试验研究

合理运用砂土的毛细特性制备具有水平和竖直沉积方向的松、密砂样,进行一系列三轴固结不排水剪切试验,分析沉积方向对砂土偏应力、应力比和孔压的影响,探讨砂土密实程度与该影响的关系.研究表明:沉积方向水平时松砂的偏应力极值比沉积方向竖直时的小.沉积方向水平时密砂偏应力发展呈应变软化特征,沉积方向竖直时密砂偏应力发展呈应变硬化特征.沉积方向水平时松砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值小,沉积方向水平时密砂应力比数值比沉积方向竖直时的数值大.沉积方向水平时孔压发展速度比沉积方向竖直时的更快.沉积方向竖直时松砂试样更容易破坏,沉积方向水平时密砂试样更容易破坏.     

固结状态不同的饱和软土中桩基竖向循环承载特性

为了研究地基土在不同固结状态下竖向循环荷载对桩基承载力的影响,在三组不同固结围压、固结度的饱和软土单桩基础中,分别进行了初始静载和循环加载后静载两个独立试验,其中循环加载采用位移控制,依次施加四个递增振幅。通过数值模拟进一步分析桩基承载力的循环弱化规律。结果表明:当循环荷载大于桩周土硬化应力阈值时,桩土系统会发生强度弱化和刚度软化,桩基动刚度随着循环次数增加而减小。地基土固结围压、固结度的增加使桩周土硬化应力阈值提高,桩土系统抗弱能力提高。当循环荷载小于硬化应力阈值时,桩土系统强度弱化不明显,甚至发生刚度硬化,桩基动刚度随着循环次数增加而增大。地基土固结围压越大、固结度越高,桩基极限承载力越大,弱化后的桩基极限承载力也越大,相应的残余承载比越小。循环加载时,桩侧摩阻力和桩端阻力共同弱化,桩端阻力的弱化速率滞后于桩侧摩阻力,桩侧摩阻力的弱化是该桩基承载力弱化的主要原因。     

考虑竖向荷载的Timoshenko模型桩水平振动响应解析解

考虑饱和土应力和位移沿深度的变化,将桩基等效为Timoshenko模型,对饱和土中竖向荷载作用下的端承桩水平振动响应进行了理论研究。基于Biot动力固结理论,通过引入势函数解耦土体方程。利用Laplace变换和分离变量法求得桩周土体频域响应解析解。考虑桩基的剪切变形和转动惯性效应,结合桩土接触连续性条件,得到桩体位移和桩顶动力复阻抗频域解析解。通过数值算例,比较了竖向荷载作用下Euler-Bernoulli模型与Timoshenko模型桩顶振动特性;并研究了长径比和竖向荷载对桩顶动力复阻抗的影响。结果表明:采用Euler-Bernoulli模型计算桩顶动力复阻抗偏于危险;长径比增大到临界值后,长径比对桩顶动力复阻抗影响较小;竖向荷载导致桩顶动力复阻抗突然降低,对桩基承载能力有不可忽视的影响。