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。     

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。     

考虑碎石桩排水能力复合地基中孔压长消解析解

由于地震作用时间较短,且碎石桩渗透能力和土体渗透能力相比并不是无限大,因此本文考虑碎石桩排水能力研究了碎石桩桩体材料由地震引起的孔压的长消规律。根据比奥固结理论综合考虑碎石桩的排水能力和相应的初始条件及边界条件,推导出了能够真实反映碎石桩排水减压作用在地震期超孔隙水压力产生、扩散、消散过程中的贡献作用的一般解析解公式。同时讨论了碎石桩渗透能力的不同对抗震液化的影响作用。     

轮胎加筋砂垫层抗液化性能振动台试验研究

将废弃橡胶轮胎内填充散体材料形成加筋土结构,已被应用于地基、挡土墙和边坡加固等工程,表现出较好的减震隔振效果,而轮胎加筋土的抗液化性能尚缺乏研究。开展3组小型振动台试验,通过改变轮胎垫层的排水条件,验证轮胎加筋砂垫层的抗液化效果。结果表明:轮胎加筋砂垫层具有良好的抗液化效果,与刚性垫层相比,超静孔压比峰值差值范围在0.01~0.19,残余超静孔压比差值范围在0.08~0.16,轮胎加筋砂垫层提供的排水通道具有抑制超静孔隙水压力发展和加速超静孔隙水消散的作用,孔隙水会沿着轮胎与下部土体的界面以及胎间的排水通道排出;采用量测侧向动土压力的方法,定义土体液化程度量化指标,进一步验证轮胎加筋砂垫层抗液化效果;振动过程中轮胎加筋垫层表面沉降范围为11.3~15.7 mm,表现出较好的变形协调性能。     

粉喷桩施工引起的超孔隙水压力分析

依托江苏某省道软基处理工程对桩周土压力和超孔隙水压力进行现场测试。测试结果表明:粉喷桩施工过程中桩周土体同步产生较大超静孔隙水压力和土压力,随离桩距离增大而减小;施工完成后1小时内超孔隙水压力基本消散完毕;粉喷桩施工速度越快,土体中产生的超孔压越大;超孔压朝着施工方向累积,背着施工方向表现出遮蔽现象;跳打施工比顺序施工所产生的超孔压要小。通过改进施工速度、顺序、方向以及桩间距能有效地减小粉喷桩施工引起的超孔隙水压力。     

土工织物散体桩加固粉土路基机理研究

泗许高速公路地处淮北平原,该地区以粉土或粉细砂为主,在地震荷载作用下易于液化,公路建设应考虑抗液化措施。本文对土工织物散体桩的抗液化性能、复合地基承载力等进行研究,提出采用土工织物散体桩复合地基加固粉土路基的方法并对其加固机理进行分析。通过有限差分数值计算和现场试验两种方法,从超孔隙水压消散、承载力、桩土应力比、桩身应力等角度分析了土工织物散体桩加固粉土路基的加固机理,并提出土工织物散体桩优化设计的建议。     

塑料套管混凝土桩挤土效应现场试验

结合申嘉湖杭高速公路练杭段加固软土地基工程开展了塑料套管混凝土桩挤土效应的现场试验研究。设地表观测点观测桩打设过程中桩周土体隆起情况;采用绑定仪器的方形木桩等效模拟塑料套管混凝土桩研究不同时刻桩侧挤土压力和孔隙水压力的变化。结果表明打桩过程中在距桩中心约2.2倍沉管外径处地面隆起量最大,约为沉管外径的17.2%;打设完成第一根相邻桩(距离1.6 m)桩侧土压力及孔隙水压力增大10%～20%,其后随着打设桩距木桩距离的渐远,两次打桩后的土压曲线和孔压曲线变化不大,仅在下部桩端处变化较大;场地内桩打设完毕后,沉桩引起的超孔隙水压力逐步消散。根据实测数据建议塑料套管环刚度控制在8～16级。     

黏粒含量对粉土液化后特性影响的试验研究

设计了分析粉土液化后单调荷载下剪切强度的三轴试验。对粉土施加动荷载使其发生液化后,在不排水条件下施加单调静荷载,直至土体达到强度稳定停止试验。试验结果表明,不同初始有效固结压力、初始孔隙比对液化后土体不排水剪切强度影响较大;液化后粉土表现出明显的剪胀特性,颗粒结构重组,孔压在不排水条件下逐渐消散,土体强度则逐渐增加并最终趋于某一稳定值;剪切强度与初始有效固结压力呈线性关系;孔隙比越小,其液化后剪切强度越大。     

双控动力固结法加固软粘土地基的应用研究

饱和软粘土含水率大、渗透性差,强夯处理时,超孔隙水压力不易消散,常规的排水措施效果不佳,而电渗降水已经被证明是一种有效的软粘土排水措施。本文提出了将电渗降水和强夯法相结合的地基处理方法——双控动力固结法,进行了双控动力固结法的处理试验,并与不降水强夯法和井点降水强夯法进行对比分析。结果表明,电渗法可迅速降低地下水位和地基土含水量,有效避免“弹簧土”的产生,提高单点夯最佳夯击能;可有效抑制夯后超孔隙水压力的急剧上升,并促进超孔隙水压力快速消散;在降水速度和土性改良方面,电渗降水优于井点降水。因此,应用双控动力固结法处理软粘土,有着很显著的加固效果。     

饱和粉土复合地基数值模拟

通过分析对比可液化饱和粉土地基的三种复合地基形式,总结三者的抗液化性能。结果表明:(1)天然饱和粉土地基不同深度处超静孔隙水压力曲线发展趋势基本一致,但浅层地基处超孔压会有小幅下降,而孔压比的分布规律是浅层较小,中层与深层较大;(2)降低孔压方面,多类型桩(碎石桩+CFG桩)复合地基相比于碎石桩复合地基,在浅层与中层处理效果相差不大,但在深层处后者处理效果更好;(3)减小竖向变形方面,多类型桩(碎石桩+CFG桩)和CFG桩比碎石桩控制的效果好,且多类型桩能更好地减小竖向变形。     

遮帘式板桩码头地基地震液化破坏机理

遮帘式板桩码头作为一种新型的板桩结构型式,其抗震性能研究是设计建造过程中的重要环节。在FEM-FDM水土耦合计算的平台上引入循环弹塑性本构模型,借助FORTRAN编程软件形成饱和砂土动力液化分析的数值方法,可有效模拟饱和砂土在地震动力作用下的非线性及大变形特性,同时也可模拟砂土液化流动对遮帘桩和前墙的动土压力。研究表明:地震作用下可液化土层超孔隙水压力比增长并发生较大的水平流动变形,对前墙的水平破坏大于竖向破坏;前墙剪力最大值位于海床与前墙交界处;遮帘桩剪力最大值位移与前墙底平行的位置;后拉杆拉力逐渐变大,前拉杆拉力逐渐变小。通过对板桩码头地震液化灾害的分析,可为抗震和抗液化设计提供参考依据。     

碎石桩处理液化地基效果评价

本文在考虑碎石桩排水和应力集中作用的基础上分析了碎石桩处理液化地基后复合地基的抗液化能力,并与自由场液化地基的抗液化能力进行了对比,提出了一种适用于碎石桩复合地基修正“Seed简化法”,可应用标准贯入试验对液化地基的处理效果进行评价。     

降低黄土液化势的改性技术分析

提出针对低黏性粉土等易液化土样采用酸化学改性方法。改性后的低黏性土液化试验曲线表明,在50~80 kPa动应力下孔隙水压力上升很小,应力降低很小。该方法能达到有效降低液化势,提高土体强度的目的。     

考虑地基土液化影响的桩基高层建筑体系地震反应分析

本文建立了土体－结构体系地震反应分析的混合有限元法，并研究了地基土液化对地震反应的影响。本方法把土体－结构体系简化为一个完整的体系，该体系由梁（柱）单元、剪切杆单元、刚体单元、平面四边形等参单元与三角形单元、界面单元的任意组合来模拟。桩与上部结构材料视为线弹性体，土介质视为非线性材料。土的静应力－应变关系之间的非线性用邓肯一张模型来描述；土的动应力－应变关系之间的非线性和振动孔隙水压力对土的软化效     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。     

某核电站导流堤地基液化及地震永久变形分析

在地震反应分析中常采用总应力分析法,但总应力法没有考虑孔隙水压力的变化规律和液化随时间的发展过程。基于二维有效应力动力分析方法,结合Biot动力固结理论,采用自行开发的有效应力动力分析程序对某核电站导流堤地基进行液化分析,给出在地震作用下砂土层的液化范围,并计算出永久变形。所得结论可以给类似工程提供理论指导。     

人工岛余震再液化数值模拟研究

主震结束后,余震引起的再液化会对土工结构物带来进一步的严重灾害。以人工岛为研究对象,基于FE-FD耦合有限元方法,考虑有无余震、不同余震大小和主余震不同时间间隔因素,探讨对人工岛再液化灾害的影响规律。研究结果表明:主震结束后,随着超孔隙水压力的消散,人工岛砂土层液化区域逐渐减小,余震发生时液化区域又开始扩展,甚至可能大于主震结束时的液化区域面积,且其灾害程度比无余震发生时的要大得多;随着主、余震的时间间隔增加,间隔期的土层固结排水很大程度地提高人工岛的抗再液化能力,当超孔隙水压力消散完后,在相同余震等级情况下很难再次达到完全液化;随着余震峰值加速度的增加,人工岛的沉降量和水平侧移量都随之增加,再次液化时间点会向前提前数秒,主震结束后,随着土层的固结排水,人工岛的沉降会继续增加,甚至超过主震引起的沉降量,而水平侧移的产生主要发生在地震液化过程中,在后续的固结排水中几乎不变;余震发生前,如果人工岛的砂土土层仍处于液化状态,则液化层可能会起到隔震作用,减轻余震对岛体造成的灾害。     

基于Finn本构模型的饱和砂土地震液化分析

天然地震作用下的饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。目前,国内推荐使用的规范法是基于实际地震液化调查而建立的判别方法,方法本身缺乏理论基础。采用Finn液化本构关系建立了砂土液化数值分析模型,运用有限差分法的动力时程分析模块,分析了饱和砂土地基的地震液化问题。结果表明,将Finn本构模型应用于砂土液化分析,可以较好地给出地震作用过程中孔隙水压力和有效应力变化的规律。     

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。     

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。