多桩型复合地基作用机理与动力特性研究

对由碎石桩和CFG桩构成的多桩型复合地基的作用机理进行分析,通过数值模拟,对多桩型复合地基的动力特性进行研究,探讨桩型配比、桩径、桩长、CFG桩桩体刚度和碎石桩桩体渗透性等设计参数对多桩型复合地基动力特性的影响。研究结果表明:相同条件下地震期多桩型复合地基的动变形小于碎石桩复合地基而大于CFG桩复合地基,震后沉降量相对较小,在工程设计时碎石桩与CFG桩的桩型配比宜为4∶5;随桩体长度、桩体直径和CFG桩刚度的增加,多桩型复合地基地震期的竖向动变形逐渐减小;随碎石桩桩体渗透性的增加,多桩型复合地基中的超动孔隙水压力减小,震后沉降量降低。     

碎石桩加固饱和粉土地基的抗液化特性

除饱和砂土液化外,饱和粉土地震液化问题也是岩土地震工程中一个重要的研究课题。饱和粉土地基的地震液化及变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基的抗液化效应,主要是增加桩周土体的密度、利于桩体的排水以及由桩体分担地震水平剪应力（桩体减震作用）。但由于粉土的土质特性,粉土-碎石桩复合地基的抗液化特性与砂土有着明显的差异。本文结合目前国内外碎石桩复合地基抗液化研究的最新进展,对粉土-碎石桩的密实、排水减压和减震作用做了较详细的评述,最后提出了关于碎石柱复合地基抗液化特性需要进一步研究的问题。     

碎石桩加固液化粉土地基的数值模拟分析

碎石桩是目前工程中用于处理饱和粉土液化地基最有效、最经济、最普遍的方式之一,但是饱和粉土地基上碎石桩的抗震液化特性还有待于进一步研究。本文利用三维有限差分程序FLAC3D结合安徽某高速公路路基工程对碎石桩加固后的粉土地基的抗震液化特性进行数值分析。通过研究不同埋深距离碎石桩中心不同距离处的孔压增长、消散规律,得到高烈度地震荷载作用下碎石桩加固饱和粉土地基的合理桩间距及加固深度,为类似工程提供了借鉴。     

碎石桩加固液化粉土地基的数值模拟分析

碎石桩是目前工程中用于处理饱和粉土液化地基最有效、最经济、最普遍的方式之一,但是饱和粉土地基上碎石桩的抗震液化特性还有待于进一步研究。本文利用三维有限差分程序FLAC3D结合安徽某高速公路路基工程对碎石桩加固后的粉土地基的抗震液化特性进行数值分析。通过研究不同埋深距离碎石桩中心不同距离处的孔压增长、消散规律,得到高烈度地震荷载作用下碎石桩加固饱和粉土地基的合理桩间距及加固深度,为类似工程提供了借鉴。     

包裹碎石桩加固的砂土液化机理试验研究

通过分别开展包裹碎石桩加固、碎石桩加固以及未加固的饱和砂土液化振动台试验,对比分析不同加固类型下的抗液化性能,重点剖析包裹碎石桩加固的砂土液化机理。试验表明:振动加载过程中,包裹碎石桩始终保持桩体的完整性与良好的排水性能且其加固模型地基的总沉降量相较于未加固模型地基减少了50%,相较于碎石桩加固模型地基减少了31.8%。包裹碎石桩加固模型排出水量较未加固模型地基提高了33.3%,较碎石桩加固模型地基提高了16.6%;包裹碎石桩加固模型地基的超静孔压值下降显著且地基下层砂土出现未液化的现象;并进一步发现包裹碎石桩的排水加固作用沿土层竖向深度呈递增趋势。因此,可以发现包裹碎石桩加固砂土液化的抗震性能优于碎石桩。     

可液化地基土三维地震响应分析

编制完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序，对可液化地基进行三维地震响应分析，探讨了不同土性参数、不同土层构成和不同附加压重等因素对可液化地基抗液化性能的影响。结果表明：在地震荷载作用下，天然饱和砂土地基中的超孔隙水压力随深度的增大而增大；在不同深度处，超孔压峰值到达的时刻比地震加速度峰值到达的时刻要晚；随输入地震加速度的减弱，深层处的超孔压开始消散或基本保持不变，浅层处的超孔压保持不变或略有上升，这一现象与土性参数、输入地震荷载的情况等因素有关；土性参数对土体本身的抗液化性能有重要影响，初始孔隙比越小，相对密度越大，土体的抗液化能力越强；附加压重有利于地基抗液化能力的提高；随着附加压重的增大，超孔压比减小；附加压重对地基中超孔隙水压力的增长有明显的抑制作用。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式（两者之差即为加固区压缩变形量）。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

单桩复合地基上块体振动特性分析

本文利用轴对称有限元-无限元耦合模型和现场试验,系统地分析了搅拌桩、碎石桩的长度、直径和波速及其桩身缺陷对单桩复合地基上圆形块体竖向振动速度导纳特性的影响,结果表明块体的低频速度导纳幅值比共振频率更能稳健地反映出复合地基的性状变化。本文研究对进一步完善复合地基动测理论与技术具有参考价值。     

饱和尾矿粉土动力特性试验研究

通过动三轴试验研究某尾矿粉土的动强度特性与孔压特性,试验在围压100、200和300kPa与固结比1.0和2.0条件下进行。结果表明:(1)在循环荷载作用下,等压固结时饱和尾矿粉土全部液化;偏压固结时饱和尾矿粉土未发生液化;(2)各向等压固结时,选取双幅动应变达到5%作为破坏标准;偏压固结时,选取总应变达到5%作为破坏标准;(3)围压越大,τd/σ′0-Nf曲线越高,动剪应力比τd/σ′0与破坏振次Nf在对数坐标图上表现出良好的线性关系,可以采用对数函数来拟合τd/σ′0-Nf关系曲线;(4)固结应力条件相同时,动应力σd变化对尾中砂的孔压增长ud/σ0-N/Nf关系曲线基本上没有影响;固结应力比Kc一定时,固结围压σ3越大,ud/σ′0-N/Nf关系曲线越高;(5)尾矿粉土孔压发展模式在等压固结和偏压固结时不同,固结比Kc=1.0时,可采用幂函数表达式来描述尾粉土孔压发展;固结比Kc=2.0时,可用对数函数来模拟其发展。     

液化土层上建筑物不均匀震陷的数值研究

饱和砂土地基在地震作用下液化引起的建筑物的不均匀沉降是地震破坏的典型特征之一,会导致建筑物倾斜和失效。建立模拟液化引起不均匀震陷的数值方法对结构抗震设计和工程减灾尤为重要。基于对不均匀震陷机制的认识,对可液化地基上某建筑物模型在输入地震波作用下的震陷情况进行了数值模拟试验,分析了不均匀震陷发展过程中地震动输入、基底动应力、孔隙水压力、地基压缩模量和结构沉降之间的关系,并提出一套数值计算液化引起地基不均匀震陷的方法。结果显示:(1)使用的孔压模型能够模拟孔压在不规则荷载作用下的上升,且能够反应固结比对孔压的影响,以及记录结构地基土体真实的孔压发展过程;(2)计算方法使用的压缩模量模型能够反应由孔压变化引起的时程变化;(3)计算方法能够跟踪记录土层变形随孔压上升的时程变化。     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

分层液化土中桩基侧向动力反应机理的试验研究

饱和砂土中的桩基侧向动力响应研究一直是岩土工程界与地震工程领域关注的热点,尤其是群桩侧向动力响应机制是需要重点研究的课题之一。基于振动台试验,通过输入2种不同的波形,采用FBG光栅传感系统对饱和砂土中的单桩与群桩侧向动力响应特性和典型测试点的桩土动力p—y滞洄曲线进行研究。研究结果表明：振动初期,单桩和群桩试验孔压增长不大,随后单桩孔压迅速上升,振动后期逐渐下降至0.5,而群桩孔压则上升缓慢;单桩试验土表加速度在振动初期逐步升高后又迅速降低,且加速度放大值略大于台面加速度值,群桩试验土表加速度在振动初期逐渐升高时就达到了最大,且随着孔压比的升高,加速度没有继续放大,而是逐渐减小,直到后期与单桩试验土表加速度重合;饱和砂土液化对单桩承台加速度和位移的影响较大,群桩承台侧向动力响应对液化的敏感程度略低于单桩承台;在振动输入和承台输入相同的条件下,液化后的群桩基础比单桩基础能更好地抵抗侧向力的作用。     

不同应力分量耦合模式下天津滨海饱和黏性土变形特性研究

地基土单元体在地震荷载作用下将产生主应力轴连续旋转,不同的应力耦合模式对土的强度、孔压以及变形等特性影响显著。利用GCTS空心圆柱扭剪仪,对天津滨海软土场地饱和黏性土进行K0固结下的不同应力耦合模式的循环剪切试验。着重对比相同应力路径下竖向和扭剪双向耦合加载模式,内外围压和扭剪的三向耦合加载模式以内外围压、竖向和扭剪的四向耦合加载模式条件下饱和黏性土的变形特性、循环软化特性。试验结果表明:在相同的动强度下,四向耦合应力模式更容易破坏且变形特性以及软化特性较双向、三向耦合下发展更加迅速;剪应力分量对试样软化变形特性的影响更加显著。     

考虑孔压效应的饱和细砂剪切模量衰减规律研究

通过室内动三轴试验,分析了饱和细砂的动剪切模量演变特性和孔压效应,同时分析了循环荷载作用下相对密度、初始围压等因素的影响,提出了考虑孔压效应条件下饱和细砂动剪切模量的衰减特性,建立了动剪切模量比随孔压比增大而衰减的经验公式。结果表明:不同相对密度饱和细砂的应力-应变滞回圈的变化趋势显著不同;动孔压波动频繁并随时间逐步增长,并且不同的围压和相对密度对孔压比的增长有一定的影响;饱和细砂的动剪切模量随着孔压比的增大而逐渐减小,但不同相对密度饱和细砂的衰减趋势有所不同。通过拟合的曲线可以描述并预测不同相对密度饱和细砂的动剪切模量比随孔压比的衰减特性,具有较好的效果。     

饱和弱化与液化土层的水平极限抗力

通过给饱和砂土层施加反压,模拟地震荷载作用下具有残余孔压的饱和弱化、液化土层。选择粉质细砂与细砂,进行了18组水平荷载作用下桩与饱和弱化、液化土层相互作用的模型试验,研究了饱和弱化、液化土层水平极限抗力随土层残余孔压增加的变化规律。结果表明,随土层中残余孔压增加,水平极限抗力逐渐降低,土层液化后的水平极限抗力大约降低80%~90%。通过定义饱和弱化、液化土层的强度,定量分析了饱和弱化、液化砂土的强度参数与水平极限抗力之间关系。又通过引入土层的残余孔压比折减系数,建立了确定饱和弱化、液化土层等效强度的关系式,进而提出了一种按等效强度确定饱和弱化、液化土层水平极限抗力的方法。     

浆固碎石桩成桩注浆渗透影响分析

浆固碎石桩作为一种新型软土地基处理技术,其主要通过注浆改善桩体的加固效果,同时通过浆体渗透来改善桩周土体的物理力学性质,从而减小浆固碎石桩复合地基沉降。针对浆体对桩周土体的渗透作用,按照平面轴对称问题,推导出注浆渗透影响范围的计算方法和浆固区压缩模量计算公式,并通过室内模型试验研究,验证了浆固区压缩模量计算公式的正确性。随后,利用数值计算分析,对浆固区影响范围进行量化分析,并通过数值拟合得到了考虑注浆渗透影响的桩体等效半径计算公式。所得结果对工程设计具有重要的指导意义。     

平面P-SV波入射时非均匀饱和土 自由场地的响应

基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显.      

大连临空产业园填海造地工程砂土残余变形试验研究

采用中国地震局工程力学研究所研制的DSZ-Ⅰ型电磁振动三轴仪对大连临空产业园工程场地的土样（浅层砂和深层砂）进行动力特性试验,研究两种砂土在复杂应力状态下的动力残余变形特性。试验结果表明：残余体应变和残余剪应变都随着动应力比和围压的提高而增大,动应力比和围压的影响对残余体应变和残余剪应变的影响规律是一样的;残余体应变随着固结比的提高而减小,而残余剪应变随着固结比的提高而增大,残余体应变的固结比对于试验结果与拟合结果的影响较大,而残余剪应变固结比对于试验结果与拟合结果的影响较小;残余体应变和残余剪应变的Cvr与动应变幅值较好满足线性关系,离散性非常小,而Cdr/S21与动应变幅值关系的离散性则比较大。并给出了地基震陷分析所需的沈珠江模型参数。研究成果可为大连临空产业园填海造地工程抗震设计和地基震陷变形分析提供依据,也可作为其它类似填海造地工程的设计参考。     

大连临空产业园填海造地工程砂土残余变形试验研究

采用中国地震局工程力学研究所研制的DSZ-Ⅰ型电磁振动三轴仪对大连临空产业园工程场地的土样（浅层砂和深层砂）进行动力特性试验，研究两种砂土在复杂应力状态下的动力残余变形特性。试验结果表明：残余体应变和残余剪应变都随着动应力比和围压的提高而增大，动应力比和围压的影响对残余体应变和残余剪应变的影响规律是一样的；残余体应变随着固结比的提高而减小，而残余剪应变随着固结比的提高而增大,残余体应变的固结比对于试验结果与拟合结果的影响较大，而残余剪应变固结比对于试验结果与拟合结果的影响较小；残余体应变和残余剪应变的Cvr与动应变幅值较好满足线性关系，离散性非常小，而Cdr/S21与动应变幅值关系的离散性则比较大。并给出了地基震陷分析所需的沈珠江模型参数。研究成果可为大连临空产业园填海造地工程抗震设计和地基震陷变形分析提供依据，也可作为其它类似填海造地工程的设计参考。     

考虑地基土和轴压力影响的桥墩撞击响应模型

车辆撞击已成为世界范围内桥梁破坏的重要原因之一,桥梁防撞设计具有十分紧迫的工程需求。本文基于Euler-Bernoulli梁理论和Winkler地基模型,建立了考虑桩周地基土和墩柱轴压力影响的桥墩动态弹性响应模型;采用Laplace变换和逆变换相结合的方法进行数值求解,得到了桥墩的撞击动态响应,分析了地基土剪切波速、轴压力、桩径和桩长对桥墩撞击响应的影响。研究表明,地基土剪切波速和桩径对桥墩撞击响应有重要影响,桥墩变形和柱底截面最大弯矩均随剪切波速和桩径的增大而减小,撞击点截面剪力随剪切波速和桩径的变化很小;在实际桥墩的轴压比范围内,轴压力对桥墩撞击响应的影响很小;桥墩变形随桩长的增加而增大,桩长对柱底弯矩和撞击点截面剪力的影响很小。