地震作用下饱和土-桩-上部结构动力相互作用研究

将土体视为液固两相多孔介质,利用连续介质力学得到了饱和土层的水平动力阻抗,将上部结构视为梁单元,桩-饱和土-桩之间的动力相互作用借助于等效的Winkler动力弹簧和波的干涉来模拟,并通过承台处力的平衡将群桩和上部结构耦合起来,研究了简谐SH地震波作用下饱和土-桩-上部结构的动力相互作用问题。以2×2群桩为例,对饱和土-桩-上部结构体系进行了数值分析,讨论有关参数对结构体系动力特性特别是抗震性能的影响。数值分析表明,桩间距、桩-土弹性模量比、长径比等对结构体系的抗震性能有较大影响。桩间距对地震放大系数的影响与外界激励的频率有关,桩土模量比较小、结构和桩基的阻尼较大时结构体系的抗震效果较好,长径比越大地震作用下产生的结构变形越大     

三维结线动力无穷元及其特性研究

研究了文献[2]提出的结线动力无穷元的特性及其参数确定。由于这种单元将衰减函数定义在无穷向结线上,从而不仅可同时考虑多种波动形式,而且对于不同介质,不必通过改变节点坐标分布的形式实现介质间的过渡,而直接以结线上参数的改变来实现,因而可以更好地模拟无穷波动场,使用起来更方便．更容易推广。     

桩基础对邻近场地冲击荷载的响应分析

桩基础对邻近场地作用冲击荷载的响应本质上是桩-土组成的体系在冲击荷载下的整体动力相互作用问题。为了研究该问题,采用有限元法模拟冲击荷载引起桩基础的振动。利用通用有限元分析软件ABAQUS建立了有限元-无限元（FE-IFE）耦合分析模型,分析了冲击荷载作用时桩基础动力响应的规律,并对影响桩基础响应的因素进行了探讨。计算结果表明,桩的振动程度取决于冲击荷载作用间距和冲击荷载能量,而冲击荷载作用间距越远,桩的振动波长越长。     

考虑冻土效应的桥梁桩-土动力相互作用研究现状与展望

冻土和地震是我国西部高寒高烈度地区桥梁工程建设中主要面临的两大挑战。冻土区线路工程广泛采用桩基础桥梁, 土体冻结后会显著影响地震作用下桩-土动力相互作用过程, 给桩基础桥梁抗震分析带来困难。首先系统总结和分析了冻土对桥梁结构地震响应的影响、 桩-冻土相互作用效应及其计算模型等方面的研究现状, 进而对相关成果进行了科学分析。研究表明： 冻土的存在对桥梁结构地震反应的影响是显著的, 桩基础桥梁抗震设计中不考虑冻土效应是不合理的。目前还存在的问题包括： 冻土区桥梁结构地震反应的研究中, 未充分考虑冻土效应; 现有桩-土相互作用模型无法有效应用于冻土领域; 地震作用下桩-冻土体系相互作用机理及其破坏特征不明确。在此基础上, 提出了考虑冻土效应后桥梁桩-土动力相互作用为今后需要重点研究的方向。     

饱和土中单桩复合地基上块体的速度导纳特性分析

根据饱和土弹性波动方程,建立了饱和地基轴对称竖向振动问题的一种有限元-无限元耦合解法并编制了计算程序,其精度应用Lamb问题的理论解来进行检验。参数分析结果表明,地基土的渗透性对单桩复合地基上块体竖向振动速度导纳的低频特性及共振频率影响甚微,但会使高频下的速度导纳幅值有所增大。该方法对饱和土中单桩复合地基动测技术的研究与应用具有一定的理论指导作用。     

土与结构相互作用体系动力特性研究

建立了土与结构相互作用体系动力特性的分析方法-频响函数法.对于土与结构相互作用体系,在弹性半空间地基分析的基础上,考虑了地基土分层特性、地基土的非线性效应以及基础埋深对相互作用体系动力特性的影响,结合实际算例,研究表明土的分层特性和土的非线性特性对相互作用体系的动力特性有重要影响.     

超长大直径桩的变形特性研究

应用有限元方法,分析了不同几何参数情况下超长大直径桩的荷载-沉降关系、桩顶沉降量的构成及其比例。根据计算结果得出以下规律：超长桩极限承载力的发挥需要较大的桩顶位移,且随着长径比的增大而增大;超长桩的变形主要由桩身压缩量控制,桩端沉降所占比例较小,且各沉降分项所占比例与长径比存在明显的函数关系;对长径比为50～83的超长大直径桩,极限状态下的桩身压缩量所占比例为65.2 %～71.83 %,桩端荷载所引起的沉降量所占比例为15.7 %～9.72 %;工作荷载作用下的桩身压缩量所占比例为66.1 %～72.5 %,桩端荷载所引起的沉降量所占比例为10.8 %～3.9 %。     

改进的薄层单元在桩-土动力相互作用中的应用

在地震荷载作用过程中,由于桩身材料性能与周围土体性质差异较大,土体在桩-土接触面上发生张开或滑移,该强非线性接触行为直接影响接触面附近土体与桩体应力状态,从而影响上部结构地震响应水平。真实桩-土接触面由于桩身表面混凝土约束关系,具有一定厚度且存在相关体变规律的接触带。通过有限元软件ABAQUS用户自定义单元UEL程序编写改进Desai薄层接触单元,在Desai薄层接触单元中加入Rayleigh阻尼项以模拟地震作用时桩-土强非线性接触行为能量耗散过程。接触面法向与两切向本构关系采用双曲线模型。规定了Desai薄层接触单元在桩-土接触面上的行为模式以模拟土体在接触面黏结、滑动、张开、再闭合等接触状态。建立精细三维桩-土-结构体系动力相互作用模型以研究改进Desai单元对上部结构峰值动力响应水平影响,为工程结构抗震设计时程分析提供参考依据。     

桩-土相互作用影响的模型试验研究

通过将模型试验、现场实测的结果与弹性理论解进行对比,指出弹性理论解夸大了桩-桩、桩-土、土-土相互作用影响,造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性（或筏底地基土反力的不均匀性）,并提出对弹性理论解进行修正的途径和方法。     

土-地铁隧道动力相互作用模型试验分析

本文对土的动力特性本构模型以及土-结构的接触面模型进行了较详细的探讨,最后分别选用非线性等价粘弹性模型和Ramberg-Osgood模型。分析表明,在进行模型试验设计时,不仅材料要满足相似性原理,而且在设计边界条件和地震波输入时也应以上述模型为参照。通过对一圆形隧道的地震反应分析,表明拱顶处的最大动应力是圆形隧道出现裂痕的主要原因,进而分析了孔隙率对结构横向变形的影响,分析结果与实际工程情况较为吻合。本文的研究成果可为地铁隧道的抗震设计提供一定的参考意见。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

桩-桩水平振动动力相互作用研究

在采用动力Winkler地基模型并考虑了被动桩与桩周土体相互作用的基础上,运用传递矩阵法求解出层状地基中的群桩水平振动桩-桩动力相互作用因子。与严格解（Kaynia和Kausel,1982年）进行对比,验证了方法的有效性。研究了各因素如桩长、桩底约束、桩间角度以及地基土对桩-桩动力相互作用因子的影响,并提出了＂影响桩长＂的概念。     

固结比对石灰土动力特性的影响试验研究

以石灰改性膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际的非等向固结状态,考虑了不同固结比或偏应力对石灰改性膨胀土动力特性的影响。通过循环振动三轴试验,对掺灰比为3 %石灰改性膨胀土,在选定的6组固结比下表现出的动力特性进行了研究,得出了固结比或偏应力的变化对其产生的影响。在研究的固结比范围内,随着固结比和偏应力的增大,石灰土的动弹模量显著地增大;阻尼比则相应地表现出减小的趋势,但所受影响程度较之动弹模量略小。     

原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪（HCA）仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明：土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性     

基于椭圆-抛物双屈服面模型的广义泊松比研究

适用性较好的土体模型除了能较好地模拟土体的应力-应变关系外,还应该能较好地反映土体的侧向变形,即合理计算广义泊松比。在椭圆-抛物双屈服面模型的基础上,建立了反映侧向变形特性的广义泊松比公式,并利用广义泊松比来研究砂-聚苯乙烯颗粒轻质填料的变形规律。文中研究了包括材料配比在内的主要参数对广义泊松比的影响,发现与剪胀有关的参数对广义泊松比的影响较大。基于砂-聚苯乙烯颗粒轻质填料的三轴固结排水剪切试验数据,给出了相关模型参数,结合该材料的剪切强度、变形特性与建立的广义泊松比公式,对该泊松比能否恰当反映土体的变形特性（剪缩、剪胀和侧向变形）进行验证,结果表明广义泊松比可以反映土体的变形特性,尤其是侧向应变及体积应变规律。     

饱和土场地-桩基-地上结构体系的地震响应研究

饱和土场地-桩基-地上结构体系中,饱和土与结构分别具有不同控制方程和计算方法,造成有限元计算的不便。基于Client-Server技术,通过两个子程序分别计算饱和土和桩基-上部结构的动力响应,并利用土体和结构的共同节点传递两者间的作用力与位移,建立了一套求解饱和土-结构相互作用问题的交互式计算方法,其中饱和土采用基于u-p（其中u表示固相位移,p表示孔压）方程的全显式时域积分法求解,有效提高计算效率。最后,通过与Newmark法的数值结果进行对比,验证了提出方法的正确性,并说明该方法可以应用于求解饱和土场地-桩基-地上结构体系的地震响应问题。     

水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础动力响应试验研究

为研究水平和竖向(双向)耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应,设计了可液化地基-群桩基础-框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励,通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果,进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明:双向耦合地震作用下,液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大;饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关;相比水平地震作用,不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大,桩顶应变峰值变化略有不同;双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。