截断墙法降低地下结构地震液化上浮

位于饱和可液化土中的地下结构在地震激励下会由于土层液化而上浮,从而对结构造成严重破坏,设置截断墙是减少这种破坏的有效措施,在国外已经得到成功应用。但是,截断墙减小地下结构地震液化上浮的工作机理尚不明了,其设计参数的影响亦亟待进一步研究。采用以动力两相体有限元法,分析了钢板桩截断墙在不同地震强度激励下降低地下结构地震液化浮的效果,探讨了其工作机理。分析结果表明截断墙对降低地下结构地震液化上浮有明显效果。同时,通过对地层中超静孔隙水压、土体变形、应力路径、应力-应变关系的分析发现,截断墙的主要作用在于抑制可液化土的变形和流动。虽然,在较弱地震激励下截断墙可以抑制超静孔隙水压的上升,但在较强地震作用下超静孔隙水压不减反增,通过分析解释了这种矛盾。同时还分析了钢板桩的水平位置、嵌入下卧非液化土层深度与地下结构搭接长度等设计参数对降低地下结构上浮影响,为钢板桩截断墙的设计提供科学依据。     

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。     

地层结构对砂土液化影响的有效应力动力分析

跟据上海市区典型土层的力学参数,构造不同地层组合的计算剖面,利用Biot固结理论和亚塑性边界面模型的排水有效应力动力分析法,研究地层结构对砂土液化的影响。分析发现：上履土层厚度增加时,砂土峰值孔压比随之减小;上履土层较软时, 砂土峰值剪应力先增加、后减小;较硬时,峰值剪应力单调增加。下卧土层越厚,砂土层的峰值孔压比越小,峰值剪应力愈大,总体变化都不大,但下卧土层较软时,砂土层的峰值孔压比变化相对明显。     

饱和砂土中水层形成及演化分析

分析了饱和砂土中水层的形成过程及各相响应量的发展演化过程,结果表明:如果砂层失去骨架的强度,且未被堵塞,则不会存在稳定的水层;如果堵塞延续,则形成的水层会逐渐扩张,否则水层先张开然后逐渐闭合。孔隙水流速、颗粒速度和孔压在堵塞初期有间断,间断会随着堵塞的消失而消失。     

穿越不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道地震响应三维数值分析

地震液化对隧道结构有重大威胁,且位于不同抗液化能力地层交界处的盾构隧道段更易发生严重的地震破坏。采用三维数值方法研究穿越不同密实度状态饱和砂土地层的盾构隧道的地震响应规律。饱和砂土用一种描述不同密实度砂土液化行为的边界面模型进行模拟,首先通过隧道液化上浮的振动台试验结果验证该本构模型的合理性。其次,应用多自由度连接弹簧表征管片环间相互作用,采用文献中的拼装管片的逐级加载试验结果验证该方法的可行性。最后,建立穿越两种不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道三维数值模型,研究相对密实度、输入加速度峰值和交界面倾角对砂土地层-盾构隧道系统动力响应的影响。结果表明,可液化地层中隧道结构位移模式是水平地震激励下产生的水平位移与由于液化上浮效应产生的竖向位移的耦合作用,加之隧道在不同土层中变形存在差异,从而导致隧道呈现扭转的变形形态。在靠近交界面处,隧道整体上浮量急剧变化且该处结构上浮量随着交界面倾角增大而增大,同时管片结构弯矩出现突变,接头螺栓的环间剪切和拉伸位移也显著增加。分析结果进一步印证地震作用下盾构隧道在不同性质饱和砂土地层交界面处更易破坏,在设计阶段应予以重点关注。     

饱和砂土液化研究现状及展望

通过多年的研究,人们对饱和砂土液化有了很深的认识。在Seed简化法,剪切波速法和标准贯入试验等判别的方法的研究方面也取得了很多的成果。本文主要介绍了我国广泛应用的标准贯入试验的方法,以及应用数值方法如何更好的判断场地的抗液化性。提出应用室内的微型贯入试验来判断饱和砂土液化的展望。     

饱和砂土液化判别方法中问题浅析

国内外各种勘察规范中所判别砂土液化的方法很多,但其效果如何,很维得到难３,笔者利用唐山地震砂土液化资料对几种目前较为常用、有代表性的方法进行了回判分析,指出了这些方法中存在的问题,并阐述了影响液化的主要因素。     

饱和砂土液化特性的可视化试验研究

针对目前散粒体液化细观机制研究的局限性,对C.K.C型动态三轴仪进行改进,研制了可用于研究散粒体细观组构特征的动三轴可视化试验系统。利用该系统对循环荷载作用下标准砂的颗粒运动规律及细观组构特征进行初步探讨,从颗粒的运动规律、定向性、配位数和孔隙率等细观角度分析了循环荷载作用下饱和砂土发生液化的细观机制,认为液化的发生是土体在循环荷载作用下颗粒不断运动、重新排列的结果,指出颗粒长轴方向、配位数和孔隙率等细观组构参量是反映循环荷载作用下饱和砂土液化宏观响应的重要参量     

覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究

为探究覆水饱和砂土场地中土-群桩基础-桥梁结构体系动力相互作用规律,自主设计并制作了直（斜）群桩基础-桥梁结构物理相似模型,开展了不同地震动强度和不同特性地震波输入下的离心机振动台试验,分析了群桩基础-桥梁结构动力特性指标,探究了覆水饱和砂土地基超孔隙水压力发展规律和桩-土相互作用动力响应特性。研究结果表明：覆水的存在对地基土-桥梁结构体系的基本周期和阻尼影响很小,但会导致直群桩基础桥梁结构的振动幅值增加20%,而斜群桩基础桥梁结构的振动幅值降低10%;斜群桩基础模型阻尼比是直群桩基础模型的2倍。上覆水导致饱和砂土地基由受低频振动液化深度更大变为受高频振动地基液化深度更大,同时导致小震作用下促进超孔隙水压力发展,而大震作用下则反之。上覆水会增大桥梁上部结构的动力响应和桩身弯矩。上述研究结果可为覆水场地中桥梁工程抗震设计提供关键参考依据。     

饱和层状砂土液化特性的动三轴试验研究

利用GDS动三轴试验系统采用等幅循环应变加载方式对含有不同厚度粉土的饱和层状砂土进行了液化强度试验。分析了均匀砂和含有不同粉粒层厚度的层状砂土在循环荷载作用下的变形和力学特性。试验分析表明：由于含粉粒夹层的层状土特殊的土体结构,其孔隙水压力发展规律与一般的无黏性砂土不同;饱和层状砂土的抗液化强度并不是随着粉粒层厚度的增加而单调增加的,而是存在一个临界点;液化临界剪应变的大小与液化判别标准和循环次数有很大关系。试验结果表明,粉粒夹层对层状砂土的液化特性有很大的影响,且更能模拟自然环境条件下的层状砂土地基液化特性。     

离心机自由场地震响应的完全耦合模拟

水平场地地震响应分析是岩土地震工程实践中最重要的问题之一。当场地土为饱和砂时,由于需要考虑材料的非线性和土-水之间的相互作用,问题非常复杂。利用有限元程序SUMDES和适用于颗粒材料的统一本构模型,对离心机自由场振动试验进行了完全耦合模拟。分析结果表明,完全耦合分析能够较好地再现试验中观察到的现象,包括孔隙水压力的产生和消散以及土体的变形,但前提是对模型参数进行准确的标定,以及对相关系数尤其是动力渗透系数进行准确的确定。     

沉箱加桩复合基础地震响应离心试验

针对沉箱加桩复合基础地震响应问题开展动力离心试验研究。采用砂质粉土作为地基土,上部结构简化为质点和柱体,基础类型包括单桩、沉箱、沉箱加桩复合基础,利用层状剪切模型箱消除边界反射,以上海人工中波为输入波,在50 g离心加速度场下进行水平地震试验。根据基础形式的不同进行3组试验,试验结果表明：对于刚度较小的土,地震波向上传播过程中具有加速度衰减的特征;沉箱底部加桩对于降低基础和结构地震响应有积极的效果,有利于增强其抗震能力;地表、基础、结构的地震响应频率特性各不相同,这取决于其各自不同的自振特性;土与基础、基础与结构之间均会发生地震相互作用,但只有与相互作用对象自振频率均较接近的地震频域分量才能引起明显的相互作用。     

地震历史对砂土抗液化性能影响的试验研究

为探讨地震历史对饱和砂土抗液化性能的影响,通过离心机动力模型试验,观测了遭受过不同强度地震的饱和砂土水平场地在再次地震荷载作用下的响应,包括超静孔隙水压力的发展和土体的变形。研究表明,小地震有利于增强砂土颗粒之间的咬合及结构的稳定性,极大地提高了其抗液化能力,而遭受强地震并且发生液化的砂土,由于在沉积过程中形成的不稳定结构,则可能在将来强度相对较小的地震中再次液化。试验结果说明了地震历史对砂土液化性能有重大影响及进一步开展砂土细观结构研究的重要性。     

饱和砂土地震液化判别的可拓聚类预测方法

基于可拓学的物元模型和聚类分析原理,提出了饱和砂土地震液化判别的可拓聚类方法。选取地震烈度、震中距、砂层埋置深度、地下水位、标贯击数、平均粒径、不均匀系数和动剪应力比等8个影响因素,作为饱和砂土地震液化的评价因子,构建了经典域物元和节域物元。应用物元理论和可拓集合中的关联函数,建立预测模型,通过聚类分析得到饱和砂土地震液化的判别结果。实例研究表明,该模型能客观地反映砂土的液化规律,可拓聚类预测方法应用于饱和砂土地震液化判别是有效可行的。     

饱和可液化土中地下结构在震后固结中的响应

饱和可液化土中地下结构在强震作用下会由于土层液化而上浮,从而对地下结构造成破坏。可液化土在地震结束之后,将由于超静孔隙水压力的消散而产生固结变形,而地下结构在土层震后固结过程中的响应是一个值得研究的问题。以地下结构在土层震后固结过程中的垂直位移为重点,应用非线性动力两相体有限元方法研究饱和可液化土和地下结构相互作用体系在地震后土层固结过程中的响应。研究结果表明,地下结构的上浮趋势不会在地震结束时立即结束,而是在土层超静孔隙水压力经过一段时间的重分布及消散以后停止,之后地下结构有一定的沉降位移,但沉降位移远小于上浮位移,因此地下结构在震后会残留向上的垂直位移。文中还讨论了土层的应力路径响应、水压消散过程及截断墙与土层渗透系数对地下结构在震后固结过程中响应的影响,试图讨论饱和可液化土中地下结构在震后固结中响应的机理。     

考虑饱和土的地铁车站结构非线性地震反应研究

饱和土广泛存在于自然界之中,将土体视为固－液二相介质,基于biot饱和土介质动力方程的u-p形式研究了反映饱和土无约束域能量辐射效应影响的等效黏弹性人工边界单元,基于地震波转化为作用于人工边界节点上等效荷载的方法实现了波动输入。采用算例验证了等效人工单元的精度。建立饱和土-地铁车站非线性有限元整体模型,分析了考虑双相介质饱和土的波动传播,对比了饱和土及单相土在地震作用下地铁车站的地震反应,并与振动台试验结果进行了比较,研究表明：地震作用下采用考虑多孔介质的特性分析地基土与单相固体介质相比更加合理。通过对车站结构关键构件的加速度、位移和内力等进行分析,研究了饱和土－地下结构相互作用体系的地震反应。     

砂土地基和粉质黏土地基基坑悬臂开挖离心模型试验

分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验,详细叙述试验过程中所要解决的关键问题,并提出合理的解决方案。通过对比分析两组试验结果,得到以下结论：非饱和土地基制备中参数控制困难,分层夯实法有待进一步改进,而砂雨法制备的砂土地基参数可控性更好;两组试验的结果有差异,砂土地基试验所呈现的土压力、地基变形、支护弯矩的变化规律更好,因此,岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土;对于采用悬臂式支护结构的基坑,开挖引起的地表沉降曲线在砂土中呈指数型,而在粉质黏土中呈直线型;开挖引起的粉质黏土地基土体位移范围较砂土地基更大;开挖引起的砂土中挡墙弯矩较粉质黏土更大,砂土和粉质黏土中最大弯矩位置都随开挖逐渐下移;在砂土试验中开挖引起主动区土压力各处均减小,而在粉质黏土试验中开挖引起土压力在挡墙底有增大趋势。该基坑工程离心模型试验过程及数据处理方法可为进一步试验提供参考。     

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。     

基于动力离心试验的软基尾矿库地震响应研究

基于离心机振动台,分别针对典型软基尾黏土尾矿库及加高扩容后的尾矿库开展了动力离心模型试验,重点探究了加速度分布规律、软土及尾矿内部孔压变化规律以及“软基?库内尾矿?尾矿坝”系统的变形规律等内容。试验结果表明：软基对地震动的放大效应较为微弱,而坝体加速度沿高程逐渐放大,高层子坝加速度响应最为强烈,加高扩容后的现坝顶加速度响应可达原坝顶的2.2倍;地震作用下软土与库内尾矿内部均会产生一定的孔压增量,但未达到液化状态。地震动强度、软基及库内尾矿的固结状态对尾矿库的变形模式影响较大。当固结不充分时,在强震作用下易发生尾矿的水平滑移,进而造成坝顶及下游软土隆起。在固结较为充分且地震动强度较弱的情况下,变形模式以震陷为主。该试验成果将为此类尾矿库的动力稳定分析及抗震加固设计提供一定参考。