不同振动波形对单桩桩-筏复合地基动力响应特性研究

桩-筏复合地基是控制高速铁路等路基工后沉降的一种常用地基处理技术,然而针对其在不同振动波形荷载下的动力响应特性对比研究相对较少。基于大型模型系统,开展砂土地基中单桩桩-筏复合地基大比例模型试验研究,着重分析不同振动波形加载下单桩桩-筏复合地基的累积沉降、桩底-桩侧土动土应力比、加速度及速度传递等变化规律,初步探讨振动波形对单桩桩-筏复合地基承载特性的影响机制。试验结果表明,M波振动波形对地基累积沉降的影响较正弦波振动波形对地基累积沉降的影响略大一些,对桩底-桩侧土动应力比的影响则反之;振动响应加速度和速度随着加载频率及振幅幅值的增大而增大。相关研究成果可为单桩桩-筏复合地基的理论分析与计算提供参考依据。     

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。     

包裹碎石桩和碎石桩复合地基抗震性能对比试验研究

包裹碎石桩是在碎石桩外包裹一层土工材料制成的一种新型桩体,由于包裹作用,碎石桩的刚度和抗剪强度得到了明显提高。然而,目前有关包裹碎石桩的研究较少,特别是其抗震性能方面。鉴于此,通过开展包裹碎石桩复合地基和碎石桩复合地基振动台模型试验,在考虑不同类型、幅值的地震波作用下,研究两种复合地基的加速度、桩土应力、破坏现象和位移,进而对比分析这两种复合地基的动力响应规律和抗震性能。试验表明:包裹碎石桩桩顶和桩间土水平方向加速度放大系数均约为碎石桩的2倍;相同地震波条件下,包裹碎石桩复合地基的峰值桩-土应力比约为碎石桩复合地基的3倍;与碎石桩复合地基相比,0.9g人工波加载后包裹碎石桩复合地基在较大区域内产生较窄裂缝;包裹碎石桩复合地基产生的总沉降较碎石桩复合地基减小了51%。因此,包裹碎石桩复合地基的抗震性能优于碎石桩复合地基。     

预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明：（1）隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。（2）随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。（3）桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。（4）桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。（5）桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1～4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。（6）桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。     

高铁列车荷载作用下桩网复合地基振动特性模型试验

桩网复合地基是高速铁路广为应用的基础形式之一,其在高速列车荷载作用下的振动响应对列车运营安全和周围环境有着至关重要的影响。基于此,以现浇X形桩为对象,建立了桩网复合地基大比例尺模型,开展了桩网复合地基在高铁列车荷载作用下的动力响应特性研究,揭示了加载频率、加载幅值及振次的改变对桩网复合地基振动速度影响的规律。试验结果表明：速度响应幅值沿着路堤横向衰减较快,路堤耗能作用显著,列车运行产生的振动对周边环境影响较小。速度响应幅值沿桩网复合地基深度方向的衰减规律与横向振动传播规律有所不同。速度响应幅值从轨道板与钢筋混凝土底座到基床表层,衰减最快;加筋碎石垫层次之,相当于一个隔震垫层;地基中桩的存在使振动衰减变得缓慢,使由列车运行引起的振动影响深度加大。速度响应幅值随着加载频率的增加而逐渐变大,在25 Hz时出现峰值;速度响应幅值随着加载幅值的增加逐渐变大;速度响应幅值随着振次增加而基本保持不变。     

CM桩复合地基桩土应力比及垫层效应现场试验研究

通过现场4桩大压板静载试验,布置土压力盒,测定并分析C桩（刚性桩）桩顶、M桩（亚刚性桩）桩顶和桩间土体应力,计算桩（C桩+M桩）土荷载分担比,分析CM桩复合地基静载试验过程中桩、土的受力特性。通过设置不同垫层厚度,对比大压板试验P-S曲线,结合单桩静载试验,分析CM桩复合地基垫层的破坏模式及垫层效应。试验结果表明,CM桩复合地基工作时C桩桩顶应力集中现象明显,C桩桩土应力比大于10,M桩桩土应力比小于10;随着试验加载,桩土应力比逐渐增大,C桩桩土应力比增大幅度大于M桩;在复合地基设计荷载条件下,桩土荷载分担比接近6:3:1;将M桩和桩间土体视为一整体,即地基处理后相对于C桩的“桩间土”,则桩土荷载分担比为6:4,设计较为合理;随着垫层厚度增大,CM桩复合地基沉降值增大;当C桩成桩质量较好时,垫层破坏模式为C桩桩顶刺入破坏,试验时应合理选取褥垫层的材料和厚度。     

液化自由场地震响应大型振动台模型试验分析

开展了含上部黏土层、饱和砂土层、密实砂土层的可液化自由场地在水平地震动激励下的大型振动台模型试验研究,分析了地震动激励时饱和砂土液化后场地加速度、位移、孔压比时空响应等动力响应。试验结果表明：在小震激励时,场地动力反应较小,加速度反应自下而上不断放大,各深度处孔压比均较小,模型地基整体处于弹性反应阶段;0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时,孔压积累迅速,可液化土体最上部土层孔压比达到1,饱和土体液化,模型地基表现出明显的非线性反应特征,加速度反应在饱和砂土层中未有明显放大,土体卓越周期对应的反应加速度自下而上有不断增大趋势。该研究是土-群桩-上部结构体系大型振动台系列试验中可液化自由场动力反应部分,可供今后做对比分析和验证数值模拟参考。     

排水刚性桩群桩抗液化性能的振动台试验研究

排水刚性桩是一种将竖向排水体与刚性桩相结合的新型抗液化处理措施。为研究排水刚性桩群桩的抗液化作用效果,开展了桩顶竖向荷载作用下排水刚性桩处理可液化地基的振动台试验研究,分析了地基土体的超孔压响应、加速度响应及桩顶结构的水平位移响应,并与未设置排水体的普通桩群桩工况进行对比。结果表明：加载开始后,排水桩桩身排水通道有大量超孔隙水排出,普通桩桩身没有排水现象。采用排水桩时超孔压比峰值比普通桩中减小12%,孔压消散稳定后超孔压比减小13%左右,排水桩桩身的排水通道对超孔压的消散作用集中在振动作用的前期。排水桩桩顶的侧向永久位移较普通桩桩顶侧向永久位移减小约27%。试样土体液化前,剪应力-应变滞回圈包络面积较大,土体呈现一定的剪胀特性。液化后,排水桩的剪应力-应变滞回圈的割线模量更大。上述试验结果均表明了排水刚性桩在抗液化方面的有效作用。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

小型土石坝加密抗液化离心机振动台试验研究

地震作用下土石坝液化易导致坝坡失稳滑移等严重后果,加密法是常用的抗液化手段之一。针对坝趾压重与坝壳翻压两种坝身加密加固方法,开展了离心机振动台试验,分析了不同加密型抗液化处理的小型土石坝坝坡地震响应规律。试验结果表明,由于高水头作用下坝坡底部土体软化,未处理坝坡加速度放大系数沿高程先减小后增大,而加密坝坡加速度放大系数沿高程逐渐增大,且坝坡表面处加速度存在表面放大现象。坝趾压重和坝壳翻压提高了坝身有效应力,降低地震产生的超静孔压比,有效防止土体液化。未处理坝坡在峰值加速度为0.24g地震作用下即发生坝趾液化现象,而加密坝坡在峰值加速度为0.24g和0.45g下均未发生液化。未处理坝坡整体侧向位移大,加密处理后,在峰值加速度为0.24g下坝坡整体表现为竖向位移。坝趾压重区坝趾水平位移明显减小,坝壳翻压区坡顶沉降减小了50%。试验结果验证了坝趾压重和坝壳翻压的抗液化效果,为小型土石坝抗震加固设计提供了参考。     

CFG复合桩在软弱地基处理中的应用

某工程采用CFG复合桩对软弱地基土进行处理,持力层为粉质粘土,设计单桩承载力标准值180kPa,复合地基承载力标准不低于220kPa,采用沉管法施工。成桩后进行桩间土的力学性质测试发现,施工前后桩问土的强度没有提高,土的挤密度不明显;运用单桩静力载荷试验分析发现,I区的l号桩发生刺入破坏,单桩承载力标准值按比例荷载计算为105kPa,远低于理论预估值,Ⅱ区单桩承载力标准值按比例荷载计算为185kPa,与设计值相近。用单桩动测试分析发现原因是由于桩间土的差异及施工桩身的施工质量问题所致。     

Geotechnical reconnaissance and liquefaction analyses of a liquefaction site with silty fine sand in Southern Taiwan

Geotechnical reconnaissance of a recurrent liquefaction site at a Quaternary alluvial deposit in southern Taiwan was conducted to establish a comprehensive case history for liquefaction on silty fine sand with high fines content. The liquefaction occurred at a silty fine sand layer with D₅₀ = 0.09 mm and fines content greater than 35% and was triggered by a M_w = 6.4 earthquake on March 4, 2010, which induced maximum horizontal acceleration up to 0.189 g at the site. In situ subsurface characterizations, including standard penetration test, cone penetration test, and shear wave velocity measurement, were performed as well as cyclic simple shear tests on undisturbed specimens retrieved by a modified hydraulic piston sampler. Comparisons of cyclic resistance ratios (CRRs) indicate that CPT sounding with standard penetration rate could overestimate the resistance ratio and drainage conditions during penetration should be considered for high fines content soil in the liquefaction analysis. Additionally, variations of CRRs from different in situ tests indicate that correlations among in situ tests and CRR could be soil specific and precautions should be taken when using these curves on silty fine sands.     

高速铁路CFG桩复合地基柔性载荷试验研究

高速铁路建设的迅速发展及高速铁路对路基沉降的严格要求,CFG桩在高速铁路路基的处理上得到大量运用。但铁路工程对路基的作用原理与工民建工程对地基的作用原理有本质的区别,工民建房屋建筑荷载通过基础对地基施加刚性荷载,而铁路路基直接承受上部路堤的自重和列车运行产生的柔性荷载。高速铁路CFG桩复合地基的设计都是根据工民建行业的设计理论进行,其试验结果必然与实际情况存在偏差。本文着手研究适合于高速铁路复合地基的柔性载荷试验方法,模拟高速铁路柔性加载的特性,通过数值分析对比了刚性荷载和柔性载荷作用下CFG桩复合地基的桩、土应力、位移分布情况;通过现场载荷试验对设计方案进行了验证,研究了高速铁路CFG桩复合地基的承载力特性,结果证明柔性载荷试验是可行的,能合理的模拟高速铁路CFG桩复合地基承载特性,可为柔性基础下CFG桩复合地基的设计提供基础。     

Evaluation of ground motion characteristics,effects of local geology and liquefaction susceptibility: the case of Itea,Corinth Gulf (Greece)

In the present paper we analyze the effect of local geology on ground motion by means of numerical calculations (numerical models) using total (TS) and effective stress (ES) methods. These numerical calculations have been applied to the site of Itea, Corinth Gulf, which was chosen based on liquefaction susceptibility criteria and field inspection. Data from seismic refraction experiments and cone penetration test N-values as well as selected records of ground motion in nearby areas were used to construct the input file for the numerical model. By means of␣dynamic analysis such characteristics of ground motion as acceleration time histories, response spectra, and amplification function were evaluated. A one-dimensional soil amplification effect was clearly shown. Liquefaction probability at the Itea site was predicted based on the safety factor and the calculation of the induced settlement at the test site. Results of the TS and ES modeling lead us to conclude: (1) the presence of soft soil at Itea caused significant amplification (almost 2.5-fold higher magnitude) of the underlying bedrock motion and, therefore, can contribute to damage; (2) the area of Itea is highly susceptible to liquefaction due to presence of silty sand deposits at depths between 2.48 m (the position of the water table) and 12 m that demonstrate the rapid growth of the excess pore water pressure (EPWP) ratio with an increase in peak ground acceleration values.     

CMP与CFG组合型桩复合地基载荷作用特性研究

针对深厚软土层工程特性较差的特点,使用刚度、长度各异的水泥搅拌桩(CMP)与CFG组合型桩进行地基处理是一种新的尝试。以哈大客运专线某工点地基处理为依托,采用Hardening-Soil本构模型对地层参数进行了反演分析和计算,结合现场试验和数值模拟等手段对这种新型组合型桩复合地基荷载传递特性进行了研究。研究表明,CFG桩是承受上部荷载的主体,CMP起到改善流塑状土体特性、保证基础完整性的作用;通过CMP的设置,CFG桩桩侧的负摩阻力弱化,从而提高了复合地基的整体承载能力。     

饱和砂土地基上抗滑桩加固边坡的动力离心模型试验研究

动力离心模型试验是研究可液化地基上抗滑桩加固边坡地震动力响应的有效手段之一。使用铜质抗滑模型桩,采用黏度为50 cs的甲基硅油做为孔隙流体,通过抽真空法制作了饱和地基上的加固边坡模型。进行动力离心模型试验,研究了地震作用下饱和砂土地基中动孔压、边坡变形与土体加速度和抗滑桩弯矩的响应特征。试验结果表明,地震作用导致的动力附加弯矩相当于震前静力弯矩的87 %,说明地震作用与地基液化导致的附加弯矩不容忽视,该结论可为边坡进行抗震设计与稳定分析提供有意义的参考。     

含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基动力特性研究

在强震区、含软弱土层的500 m级特厚覆盖层上建坝,超出了现行设计规范的控制范围。开展了覆盖层厚度、输入地震波峰值、覆盖层中的软弱土层厚度等指标的敏感性分析,揭示了深厚覆盖层地震反应的主要特征及坝基建基面加速度放大倍数分布的规律性。研究认为：覆盖层厚度、输入加速度峰值、软弱土层厚度等指标与建基面放大倍数的衰减在变化规律上成正相关;当输入地震波峰值加速度为0.5g作用下,含软弱土层的500 m级特厚覆盖层坝基中地震波总体以衰减为主,建基面放大倍数小于1;覆盖层加速度放大倍数随高程变化的基本规律为先衰减后放大。当存在软弱土层时,由于其滤波隔震作用会在土层内发生动力反应的二次衰减。基于上述分析,进一步提出了覆盖层下部区域地震效应衰减、中部区域软弱土层二次衰减、顶部区域放大的加速度放大倍数分布模型,编制了覆盖层加速度放大倍数建议值表,研究成果可为含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基工程设计提供重要参考。     

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

Laboratory Investigation into the Effects of Silty Fines on Liquefaction Susceptibility of Chlef (Algeria) Sandy Soils

In a number of recent case studies, the liquefaction of silty sands has been reported. To investigate the undrained shear and deformation behaviour of Chlef sand–silt mixtures, a series of monotonic and stress-controlled cyclic triaxial tests were conducted on sand encountered at the site. The aim of this laboratory investigation is to study the influence of silt contents, expressed by means of the equivalent void ratio on undrained residual shear strength of loose, medium dense and dense sand–silt mixtures under monotonic loading and liquefaction potential under cyclic loading. After an earthquake event, the prediction of the post-liquefaction strength is becoming a challenging task in order to ensure the stability of different types of earth structures. Thus, the choice of the appropriate undrained residual shear strength of silty sandy soils that are prone to liquefaction to be used in engineering practice design should be established. To achieve this, a series of undrained triaxial tests were conducted on reconstituted saturated silty sand samples with different fines contents ranging from 0 to 40 %. In all tests, the confining pressure was held constant at 100 kPa. From the experimental results obtained, it is clear that the global void ratio cannot be used as a state parameter and may not characterize the actual behaviour of the soil as well. The equivalent void ratio expressing the fine particles participation in soil strength is then introduced. A linear relationship between the undrained shear residual shear strength and the equivalent void ratio has been obtained for the studied range of the fines contents. Cyclic test results confirm that the increase in the equivalent void ratio and the fines content accelerates the liquefaction phenomenon for the studied stress ratio and the liquefaction resistance decreases with the increase in either the equivalent void ratio or the loading amplitude level. These cyclic tests results confirm the obtained monotonic tests results.     

循环荷载下桩网结构路基和垫层动力响应研究

基于相似理论,开展了4组桩网结构路基大比例动态模型试验,测试了循环荷载下桩网结构路基的动力响应指标,研究了降雨前、后加载力、加载频率以及循环加载次数对路基的动力响应、桩土荷载分担以及垫层格栅应变的影响。结果表明,降雨后路基动应力和动加速度均会增大,并且在基床内部增速较快,而路堤下部其增长基本趋于稳定;循环加载期间桩土应力比缓慢增大,其受降雨影响敏感,雨后降幅可达56.4%～79.5%;循环加载完成后垫层格栅应变增大,其横向分布特征基本保持不变;土拱形成后路基填高继续增加,路基宽度范围内4桩中心格栅应变增幅较大,峰值出现在边坡中心和路基中心附近,横向分布呈“W”型;两桩中心的格栅应变由路基中心向坡脚处呈“台阶”型递增,而路基宽度与边坡范围的格栅应变差距不断缩小。