复杂结构-桩-土振动台模型试验数据分析

本文从分析复杂结构-桩-土振动台模型试验数据入手,用加速度动力系数、最大位移、最大正应变、最大动土压力等指标对结构的地震响应全面分析,并对比桩、地下结构、地上结构的不同响应,研究发现:结构不同部分最大地震响应发生的频率不尽相同,且受地震动频谱特性及自身频率影响,天津波加载时结构的地震响应较大;地表以下,当震级较小时,土-结构对地震动起放大作用,随着震级的增加,对地震动放大作用减缓甚至减小;最大位移随结构高度增加逐渐增大,在桩与地下结构交界处和地表处,位移改变较大;地下结构柱、桩最大正应变呈中间大、两头小分布;最大动土压力随着深度增加呈两头大、中间小分布,且地表处最大;总的土压力受最大动土压力影响较大,随深度增加有先降低、后增大的趋势.     

交通荷载及其对紧邻基坑支护结构影响的现场实测分析

目前对交通荷载对深基坑围护结构的影响研究尚处于起步阶段。本文通过对某深基坑工程交通荷载以及交通荷载作用下深基坑围护结构振动加速度及桩后动土压力的现场实测研究,给出了坑边车辆荷载计算经验公式,并分析了车辆荷载大小、行驶速度等因素对基坑围护结构振动特性及动土压力的影响规律。结果表明:在地表面处,车辆荷载产生的振动以竖直向为主;车辆荷载的大小将直接影响围护结构振动加速度幅值及动土压力大小;车辆行驶速度不同,车辆振动产生的峰值加速度和土体惯性力也不同,从而使得基坑围护结构桩后动土压力也不同,车辆行驶速度越大,基坑围护结构振动峰值加速度及动土压力也越大;车辆交通荷载对基坑围护结构的影响将随着距离的增加而衰减。研究所得结果可供相关基坑工程设计施工参考。     

地震作用下承台桩-土动力相互作用数值模拟分析

基于已开展的非液化场地-群桩基础-结构体系动力响应大型振动台模型试验,进行三维全时程动力数值模拟分析。采用修正的Davidenkov模型反映土体在地震反应过程中的模量衰减,通过“捆绑边界”模拟模型箱的层状剪切运动。通过对比试验中土-结构体系加速度响应时程、土体位移和桩基内力等,验证数值模型的有效性。利用已验证的数值模型,开展承台尺寸对桩-土-上部结构动力响应影响研究。结果表明,承台厚度的增大会导致上部结构和桩顶惯性效应减小;地震作用下沿激振方向前桩大于后桩,随着承台厚度的增大,前桩与后桩峰值弯矩差值率为16.1%～32.1%,群桩效应影响增大;随着承台厚度的增大,承台-土动土压力增大了3～6倍,承台与桩基水平荷载分担比增大,桩基弯矩反弯点位置上移了0.50 m;承台-土的相互摩擦作用会降低结构整体动力响应。     

静动力作用下的双排桩加固边坡稳定性分析

为探讨双排桩结构加固边坡的静动力稳定性,运用极限分析上限定理,在假设前排桩上的土压力为极限土压力,推导出后排桩所需提供抗力的计算公式,同时确定出其最危险滑移面分布。通过双排桩结构加固边坡的算例分析,研究了第二排桩所需提供抗力与双排桩之间间距、第二排桩位置以及地震加速度系数等因素相关关系的一系列研究结果。研究结果表明第二排桩所需提供抗力受双排桩之间间距、第二排桩位置以及地震加速度的影响明显,同时确定出静动力条件下双排桩加固边坡的最危险滑移面分布。     

桩-土相互作用弹簧对倾斜液化场地-群桩-上部结构体系的影响

桩-土-上部结构体系的动力相互作用是一个复杂的过程,尤其是在倾斜液化侧向扩展流动（侧扩流）场地中,由于地震过程中场地产生地面永久大变形,桩土间有可能产生错动滑移与开裂等非线性反应,因此桩-土相互作用模拟至关重要。为了探究桩-土非线性接触对倾斜液化场地-群桩基础-上部结构体系动力响应的影响,本文基于OpenSees分别建立了考虑桩-土相互作用弹簧和桩土结点之间直接绑定的有限元数值模型。结果表明：考虑桩-土相互作用Pyliq弹簧时,土体加速度幅值略微降低,桩基对土体的约束明显变弱,土体残余位移增大。同时,具有Pyliq弹簧的模型能较好地模拟桩的曲率响应,而采用桩土结点直接绑定的模型高估了桩顶曲率,进而无法准确估计桩基抗弯最不利位置。桩-土相互作用弹簧对上部结构动力响应的影响较小。     

土-大型地铁地下车站结构动力接触效应研究

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,考虑土与地铁车站结构非线性动力相互作用效应,分析了土与地下结构接触面的动力分离与滑移效应、土与地下结构接触面上动土压力和动摩擦力的分布规律与反应幅值,以及动力接触效应对地铁车站结构动力反应的影响规律。研究结果表明：强地震发生时,在地铁地下车站结构侧墙顶端,出现了土与结构接触分离现象,在车站结构顶底板处,土与结构产生了相对滑移现象;考虑动力接触效应时,地下结构总体动力反应是变小的。给出了车站结构侧墙上动土压力分布规律及其动土压力系数,以及车站结构顶底板上的动土压力分布规律及其反应幅值。研究结果对进一步了解土与地下结构的动力接触效应及其对地下结构动力反应的影响,具有一定的参考价值和指导意义。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

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。     

考虑结构性和主应力轴偏转的黄土填料挡土墙地震被动土压力研究

针对黄土地区现有的地震荷载作用下挡土墙土压力计算方法中的不足,进行了4个含水量和3个围压的平面应变试验,首次建立了平面应变强度参数与结构性的关系,扩展了被动状态下考虑应力主轴偏转的粘性土侧土压力系数计算公式,采用水平微分层分析方法,提出了一种地震作用下同时考虑黄土结构性和主应力轴偏转的挡土墙被动土压力计算方法。参数分析结果表明平面应变条件下地震被动土压力均大于三轴条件下,结构性土地震被动土压力大于无结构性土,墙土面有摩擦时地震被动土压力大于墙土面光滑时;地震被动土压力随水平和竖向地震加速度系数的增大而减小、随摩擦角、均布荷载、墙土摩擦角、粘聚力、构度指标的增大而增大。黄土地区地震被动土压力计算应综合考虑平面应变强度参数、结构性和墙土摩擦效应的影响。     

刚性挡土墙后轻量土主动土压力特性模型试验研究

为了研究轻量土的主动土压力特性,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用人工控制挡土墙位移的方式,分析轻量土作为墙后填土时的主动土压力分布规律。结果表明：轻量土的侧向土压力随着挡墙位移量的增加先降低后逐渐趋于稳定,侧向土压力在挡墙位移量为3 mm时初步达到稳定状态,对比发现轻量土的主动土压力显著小于重塑黄土,这表明轻量土可以有效降低墙背主动土压力。轻量土的主动土压力系数处于0～0.16之间,沿着挡墙分布较为稳定,而重塑黄土主动土压力系数介于0～0.57之间,显著大于轻量土的主动土压力系数。经朗肯理论值与模型试验值对比分析,发现轻量土的朗肯主动土压力小于试验值,理论值与试验值之间的绝对误差处于0～6.32 kPa之间,其在实际工程中可以忽略不计。鉴于模型试验中墙背与填土之间存在一定的摩擦,朗肯理论在计算轻量土的主动土压力时仍较为准确。通过模型试验研究和传统理论分析,揭示了轻量土的主动土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。     

均质介质中排桩对瑞利波的阻隔试验分析

本文通过室外试验的方法并绘制二维等值线图以及将波长和双桩变量进行归一化处理来分析瑞利波通过双桩时周边土体振动的变化,结果表明：在桩间、桩前存在振动加强的现象,其中桩间以及桩角处振动强度最大;桩长与波长的比值的增加会使得桩前、桩间土体振动加强,同时也会使得双桩的隔振效果提升。当比值为0.691~0.781的范围内时,各点处变化幅度趋于平缓;桩间距的增加会使得双桩失去相互影响作用,当桩间距与波长的比值在0.34~0.42时,桩前、桩间以及桩后的A_r值趋近于1,即不存在振动加强以及衰减现象;桩径的增加可提升双桩的隔振效果,同时随着桩径与波长的比值增加,桩前、桩间的A_r值均有较小幅度的增加;振源距的增加会使得双桩的隔振效果增强,随着振源距与波长的比值的增加,桩前的A_r值降低了0.13左右,桩间仅仅降低了0.068左右,而桩后的A_r值降低了0.108左右,隔振效果增强,但增强的幅度较小。     

3-D Simulation Study on Seismic Response of Bridge Piles in Landslide

The anti-slide support structure is widely used in the anti-seismic reinforcement of bridge foundations, but related experimental research was processing slowly. Based on the prototype of the Jiuzhaigou bridge at the Chengdu-Lanzhou Railway, a 3-D simulation model was established on the basis of the shaking table model test, and the rationality of the dynamic analysis model was verified by indicators such as the bending moment of the bridge piles, peak soil pressure, and PGA amplification factors. The results show that the inertia force of the bridge pier has an important influence on the deformation of the pile foundation. The bending moment and shearing force are larger in lateral bridge piles, and the maximum value is near the pile top. The PGA amplification factor is stronger in the back of the rear anti-slide piles and so is it in front of the bridge pier, and the soil is prone to slip and damage. The bedrock is rigid and the dynamic response is maintained at a low level. The anti-slide piles in the rear row play a major role in the anti-seismic reinforcement design, and the anti-slide piles in the front row can be used as an auxiliary support structure.     

CFG桩基坑内施工对基坑周围环境稳定性的影响

在地下工程中,由于天然地基承载力不足,带有地下室的主体结构采用CFG桩复合地基。因为CFG桩长螺旋钻施工设备限制,地下室底板下的CFG桩必须在深基坑开挖一部分后进行施工。在某深基坑工程中,随着CFG桩的施工,基坑周围地表出现明显开裂现象。为探究其原因,结合该基坑工程实例,利用FLAC3D软件,通过数值模拟分析考虑渗流作用下CFG桩基坑内施工对基坑周围地表变形的影响规律,并把计算结果同实际监测数据进行对比分析。研究结果表明:CFG桩在部分开挖基坑内施工的快速取土作用对基坑内被动土压力区产生扰动,削弱原有的被动土压力,导致基坑周围土体变形。基坑周围地表变形的影响范围超出2倍基坑深度的监测范围,因此,部分开挖基坑内施工CFG桩的基坑工程周围环境的监测范围应在满足国家规范要求的基础上适当增大。根据计算结果建议类似基坑工程监测范围距基坑边缘的距离采用基坑开挖深度与基坑底面以下CFG桩长之和。类似基坑工程设计应加大支护结构和止水帷幕深度,施工时从基坑内部向外部隔桩跳打,并适当增加工期,将有利于降低由于CFG桩基坑内施工对基坑周围土体的影响。     

软土地区航道开挖对桥梁桩基变形影响研究

以京杭运河二通道海宁段东西大道桥某桥梁桩基为研究对象,针对陆上航道开挖穿越密集交叉点重要桥梁工程的建设施工和安全防护的科学和技术难题开展研究。运用现场勘察、室内试验和三维数值仿真技术,对研究区深厚软土地质条件下的航道开挖进行模拟计算,分析航道开挖卸载过程中邻近桥梁桩基水平偏转位移,并重点探究桥梁桩基受邻近航道开挖关于不同桩长、桩径对桩基水平偏移的影响规律。结果表明：航道开挖工程势必会引起土体扰动而造成桩基偏移,对于超长桩来说,增大桩径对于桩基水平承载力的提升与控制桩基水平倾斜帮助有限;对于软土地区桥梁桩基来说,其桩长应大于临界值,否则桩基水平承载力不足以抵消土的开挖扰动对于桩的影响力,使得桩的水平倾斜急剧增大,使之发生破坏。研究成果可为后续相类似的工程及施工提供参考依据。     

后注浆刚性桩复合地基的工程实践

某高层建筑物原设计为人工挖孔扩底桩基础,施工过程中由于土层软弱以及地下水影响无法扩底成桩。本文介绍了对上述工程实施的大直径刚性桩复合地基设计方案,该方案利用后注浆技术提高了人工挖孔桩单桩承载力。基桩检测和建筑物沉降观测结果表明该工程地基处理方案是成功的。     

Interpretation from large-scale shake table tests on piles undergoing lateral spreading in liquefied soils

Results from a benchmark test on full-scale piles are used to investigate the response of piles to lateral spreading. In the experiment, two single piles, a relatively flexible pile that moves together with the surrounding soil and a relatively stiff pile that does not follow the ground movement have been subjected to large post-liquefaction ground displacement simulating piles in laterally spreading soils. The observed response of the piles is first presented and then the results are used to examine the lateral loads on the pile from a non-liquefied soil at the ground surface and to evaluate the stiffness characteristics of the spreading soils. The measured ultimate lateral pressure from the crust soil on the stiff pile was about 4.5 times the Rankine passive pressure. The back-calculated stiffness of the liquefied soil was found to be in the range between 1/30 and 1/80 of the initial stiffness of the soil showing gradual decrease in the course of lateral spreading.     

Dynamic stiffness of deep foundations with inclined piles

The influence of inclined piles on the dynamic response of deep foundations and superstructures is still not well understood and needs further research. For this reason, impedance functions of deep foundations with inclined piles, obtained numerically from a boundary element–finite element coupling model, are provided in this paper. More precisely, vertical, horizontal, rocking and horizontal–rocking crossed dynamic stiffness and damping functions of single inclined piles and 2 × 2 and 3 × 3 pile groups with battered elements are presented in a set of plots. The soil is assumed to be a homogeneous viscoelastic isotropic half‐space and the piles are modeled as elastic compressible Euler–Bernoulli beams. The results for different pile group configurations, pile–soil stiffness ratios and rake angles are presented. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Shaking table tests on the lateral response of a pile buried in liquefied sand

This paper presents an experimental study on the lateral resistance of a pile subjected to liquefaction-induced lateral flow. To observe the soil surrounding the pile during liquefaction, it was modeled as a buried cylinder that corresponded to a sectional model of the prototype pile at a certain depth in the subsoil. In order to create a realistic stress condition in the model ground, the model was prepared in a sealed container and the overburden pressure was applied to the ground surface by a rubber pressure bag. The model pile was actuated back and forth through rods attached on each side by an electro-hydraulic actuator.This paper focuses on observing the deformation of the liquefied soil surrounding the pile when a large relative displacement between the pile and the soil is induced. The loading rate effect on the lateral resistance of the pile in the liquefied sand and the influence of the relative density are also investigated.Test results show that a larger resistance is mobilized as the loading rate becomes higher. When the loading rate is higher, the cylinder displacement required for the lateral resistance becomes smaller. It has been also observed that as the relative density of the soil increases, dilatancy of the soil in front of the pile also increases.     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用（SSI）的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现：桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的＂针＂状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。