不同厚度饱和砂土中群桩结构动力响应试验研究

液化土中桩基础动力响应规律一直是工程抗震领域关注的热点问题。本文基于非液化砂土和不同厚度饱和砂土中的2×2群桩结构模型振动台试验,通过输入一定峰值加速度和频率的正弦波,对群桩在非液化土层和两种不同厚度饱和砂土层中的横向动力响应特性进行振动台试验研究。研究结果表明:在正弦波输入情况下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,波形变化规律与峰值大小均相差不大;而对两种不同厚度饱和砂土中承台加速度和位移峰值放大较多,在相对较薄的饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了1.83倍,较台面输出位移峰值放大了1.58倍;在相对较厚的饱和砂土中承台加速度和位移峰值则分别放大了2.18倍和1.91倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

基于OpenSees的不同频率正弦波下群桩动力响应数值模拟与试验对比分析

地震作用下桩土的相互作用一直都是抗震研究中的热点问题。基于2×2直、斜群桩振动台试验,利用OpenSees有限元软件进行不同频率正弦波输入下直、斜群桩的动力响应对比分析。结果表明:在正弦波作用下、直、斜群桩承台位移与加速度均被放大;随着输入正弦波频率的增大,承台位移与加速度放大倍数均表现出增长趋势,并且直群桩承台的放大倍数大于斜群桩;对于正弦波输入下的非液化砂土和饱和砂土的直、斜群桩工况,振动过程中土样的液化速度与输入正弦波频率成正相关。通过OpenSees软件进行数值模拟的计算结果与振动台试验结果吻合较好,验证了液化土中直、斜群桩动力响应数值模型的正确性。     

地震作用下不同厚度饱和砂土中直群桩结构动力响应试验研究

基于振动台试验,设计制作2×2直群桩结构相似模型,通过输入一定峰值加速度的迁安波,对非液化砂土、300 mm厚饱和砂土和380 mm厚饱和砂土中群桩承台横向动力响应特性展开研究。研究结果表明:在迁安波输入下,非液化砂土中群桩承台加速度和位移时程与台面输入时程相比,其波形变化规律与峰值大小没有明显差异;而对于两种不同厚度饱和砂土中承台加速度放大较多,承台位移峰值较台面位移峰值相差不大。在300 mm饱和砂土中群桩承台加速度峰值较台面输入放大了约1.35倍,在380 mm饱和砂土中承台加速度峰值放大了1.42倍,说明在相同输入条件下,较厚的饱和砂土层在发生液化后群桩承台的动力响应更加显著。     

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。     

地震作用下群桩水平动力响应特性及P-Y曲线试验研究

目前地震作用下桩基水平动力响应一直是岩土工程界和地震工程领域关注的热点研究问题之一。本文基于振动台试验,通过不同的台面输入波形,引入FBG传感系统对土-群桩—承台结构水平动力响应特性及P-Y曲线主干线变化规律进行研究,并将群桩中各基桩和单桩P-Y曲线主干线与API规范推荐方法进行对比研究。结果表明：对于非液化土试验,各承台的加速度和位移较台面放大倍数普遍不大;饱和砂土试验单桩承台加速度和位移比群桩大2~3倍,群桩承台加速度和位移幅值分别是非液化土的2~3倍;非液化土试验桩基P-Y曲线主干线倾斜度与API规范方法符合较好,而饱和砂土中无论是单桩还是群桩P-Y主干线均需将API规范方法进行适当的折减。     

地震作用下群桩水平动力响应特性及P-Y曲线试验研究

目前地震作用下桩基水平动力响应一直是岩土工程界和地震工程领域关注的热点研究问题之一。本文基于振动台试验,通过不同的台面输入波形,引入FBG传感系统对土-群桩—承台结构水平动力响应特性及P-Y曲线主干线变化规律进行研究,并将群桩中各基桩和单桩P-Y曲线主干线与API规范推荐方法进行对比研究。结果表明：对于非液化土试验,各承台的加速度和位移较台面放大倍数普遍不大;饱和砂土试验单桩承台加速度和位移比群桩大2~3倍,群桩承台加速度和位移幅值分别是非液化土的2~3倍;非液化土试验桩基P-Y曲线主干线倾斜度与API规范方法符合较好,而饱和砂土中无论是单桩还是群桩P-Y主干线均需将API规范方法进行适当的折减。     

饱和砂土中两桩承台群桩横向动力响应规律研究

两桩承台群桩结构在桥梁和水利工程中应用较多,在饱和砂土中两桩承台直群桩和斜群桩的动力响应规律是值得深入研究的课题。本文基于两直桩和两斜桩承台结构振动台试验,将典型试验结果与OpenSees有限元软件建立的三维数值模型计算结果进行对比研究,验证模型的准确性;在此基础上,采用本文所建立的三维数值模型,开展不同频率正弦波输入下的两桩承台群桩横向动力响应规律研究,并将数值分析结果与已有试验结果进行对比分析。结果表明:两桩承台群桩的试验和模拟的加速度时程曲线、位移时程曲线、孔压变化规律和峰值大小基本吻合;在饱和砂土中相同工况下两桩承台直群桩的放大效应要明显高于两桩承台斜群桩,承台的放大值比较明显;不同频率正弦波下液化砂土的两桩承台群桩在台面位置的加速度峰值和位移峰值相差不大,放大倍数随着频率的升高有一定程度的增长;在饱和砂土中不同频率正弦波输入下两桩承台斜群桩表现出一定的优势。研究成果为饱和砂土中桩基抗震设计提供一定的理论参考。     

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。     

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。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

液化土中桩基础动力反应试验研究

本文设计完成了包括三种密度饱和砂土和非液化干砂的多工况桩-土相互作用振动台动力试验,研究液化对土体和桩-承台动力反应的影响。通过试验和分析,得到了液化和非液化土层中土体水平加速度、侧向位移和桩-承台的水平加速度、侧向位移、桩身弯矩等指标的反应过程和模式,对比了液化和非液化条件对这些指标的影响方式,提出了各因素影响大小的分析结果。     

基于FLAC~(3D)群桩侧向动力特性试验与数值模拟对比研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文主要基于液化砂土中3×3群桩振动台试验,采用目前常用的大型有限差分软件FLAC~(3D)进行数值模拟研究,将模拟结果与试验分析结果进行对比研究。工况包括:不同峰值加速度的正弦波和El Centro波分别输入下的群桩在干砂和饱和砂土中的侧向动力响应特性,主要对基底台面、桩头承台的加速度与位移时程关系曲线进行对比分析。研究结果表明:随着正弦波峰值加速度输入的增加,群桩横向动力响应明显,尤其是当加速度为0.15 g时砂土发生液化,反应达到最大,数值模拟结果与试验吻合较好。地震波输入工况下也可以得到类似的结论,其中干砂与液化砂土的承台加速度、位移相对台面的均有所放大,但放大倍数不同。     

不同厚度饱和砂土中群桩P-Y滞回曲线规律研究

根据Buckingham π定理设计制作直群桩和斜群桩相似模型,通过电磁式振动台试验方法,分别考虑非液化砂土、300 mm和380 mm两种不同厚度饱和砂土,开展在规则正弦波输入下桩土相互作用P-Y滞回曲线规律研究.结果 表明:在非液化砂土中,P-Y滞回曲线的主斜率变化较小,说明在振动输入过程中,桩周土体刚度并未发生显...     

液化对地表运动影响的现场试验研究

通过现场人工激震土体液化试验,研究液化对地表地面运动的影响,以求从一个新的角度得到地表运动与液化关联性的认识。设计了受到不同震动幅值下3种不同密实度的饱和砂土样人工激震试验,得到了其液化水平与地表加速度的关系以及液化对地表运动的影响规律,试验结果表明:荷载较小不足以使砂土发生完全液化时,砂土相对密度对孔压上升极限值起控制作用;荷载能使砂土液化时,砂土相对密度对孔压上升速率起控制作用,其中密实砂土最为敏感;以孔压比作为液化水平特征量,液化土体开始影响土表加速度的孔压比门槛值在0.3左右,液化土体削减地表加速度的孔压比在0.3~0.7之间,该值与饱和砂土的相对密度正相关、与荷载幅值负相关,而液化土体显著影响地表加速度的孔压比在0.7以上。     

饱和砂土地基中群桩侧向动力响应试验与数值模拟对比研究

可液化场地中桩基尤其是群桩的横向动力响应特性的研究,一直是国内外岩土地震工程领域关注的热点问题。由于桩-土-承台结构动力相互作用过程的复杂性,基于砂土-群桩-承台结构模型振动台试验,对饱和砂土中群桩侧向动力响应特性进行了分析。在此基础上,通过大型有限元软件OpenSees建立了三维模型,展开了数值模拟研究,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比研究。结果表明:在正弦波输入下,无论是干砂还是饱和砂土试验,群桩承台加速度和位移时程与模拟承台加速度和位移时程在曲线趋势和峰值上基本吻合;在El-Centro地震波输入下,干砂和饱和砂土的模拟承台加速度时程曲线峰值和趋势与试验的比较吻合,而承台位移时程曲线频率比试验要高,但承台位移峰值基本一致。     

承台型式对可液化场地桥梁桩-柱墩地震响应影响振动台试验

基于相同土层结构地基条件下,分别采用低承台群桩-独柱墩与高承台群桩-独柱墩结构,完成了两次可液化场地群桩-土-桥梁结构地震反应振动台试验,据此研究了承台型式对桥梁桩-柱墩地震反应的影响。研究表明,与高承台桩相比,可液化场地中低承台桩的抗震性能更优;地震中砂层尚未液化或液化不充分时,低承台更多表现出减弱桩尤其桩上段的加速度反应的作用,相反高承台更多起到放大桩的加速度作用,而高承台桩与低承台桩的峰值应变自下而上更多表现出逐渐增大趋势;即使砂层完全液化时,低承台桩的峰值应变自下而上仍以渐增为主;与低承台桩相比,高承台桩更有助于放大墩顶加速度、位移反应,对结构体系整体稳定性产生了不良影响;虽然低承台桩未出现严重破坏,但砂层中部桩的应变却很大,液化砂土-桩运动相互作用对桩的抗震性能影响不容忽视。     

可液化倾斜场地中桩基动力响应振动台试验研究

为研究倾斜场地中桩基的动力响应,以2011年新西兰地震中受损的Dallington桥为原型,设计并完成可液化倾斜场地桥梁桩-土相互作用的振动台模型试验。试验再现了喷砂、冒水、地裂缝、场地流滑等宏观现象。试验结果表明,土层足够的液化势及惯性是造成倾斜场地侧向流滑的必要条件;浅层土相比深层土更易液化,液化层中的加速度由下至上呈现逐渐衰减的趋势,而未液化砂土层却表现为逐渐增大的特征;深部测点的桩侧土压力明显大于浅部测点,且土体的液化会弱化土对结构的压力;结构应变最大值位于上部桥台,而结构弯矩在桩身中部及土层分界面附近出现两个较大值,桩端嵌固及倾斜场地流滑是造成出现两个弯矩较大值的主要原因。     

桩-液化土相互作用p-y关系分析

基于多工况的桩-液化土体动力相互作用振动台试验,研究地震荷载作用下液化土层中桩土间侧向相互作用力p与桩身和土体间侧向相对位移y之间的关系。将试验得到的实际p-y曲线与采用拟静力法和以API规范为基础的折减系数法计算出的p-y曲线进行对比,结果表明:(1)液化土层中试验得到的桩真实p-y响应及由拟静力法和折减系数法得到的结果都呈非线性变化,三者极限状态有接近一致的趋势,但变化过程差异明显;(2)采用拟静力法和折减系数法都会使液化土层桩基础侧向反力迅速增长,很快达到屈服极限,远远超过实际情况,会导致相当保守的结果;(3)液化进程中控制桩p-y响应的是土体位移而非惯性力,因而拟静力法和折减系数法的原理不适合桩-液化土体动力相互作用分析,不能用于液化土层中桩基础地震响应的计算。     

液化侧扩流场地桥梁群桩效应分析

基于u-p有限元公式模拟饱和砂土中水和土颗粒完全耦合效应,建立液化侧向流场地群桩动力反应分析的三维数值模型。模型中,砂土采用多屈服面弹塑性本构模型模拟、黏土采用多屈服面运动塑性模型模拟,群桩在计算过程中保持线弹性状态;采用20节点的六面体单元和考虑孔压效应的20-8节点分别划分黏土层和饱和砂层;选用剪切梁边界处理计算域的人工边界,模拟地震过程中土层的剪切效应;应用瑞利阻尼考虑体系的阻尼效应。随后对比分析2×2群桩中各单桩的地震反应规律,结果表明,各单桩的弯矩、位移时程规律基本一致,峰值弯矩及峰值位移出现时刻滞后于输入加速度峰值时刻,上坡向桩的弯矩和位移峰值大于下坡向的桩的反应值。接着通过改变桩间距研究群桩效应,随着桩间距增加,群桩中各单桩的弯矩最大值均出现在土层分界处,且各单桩的弯矩、桩顶位移逐渐增大。最后给出液化侧向流场地群桩效应的基本原因,得出该类场地群桩抗震设计的基本认识。     

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。