砂土液化與液化后大變形及其對(duì)樁基影響的研究.pdf

1、砂土地震液化與液化后大變形的評(píng)價(jià)及其對(duì)樁基的影響是巖土抗震工程領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)研究課題之一，對(duì)其展開深入而系統(tǒng)的研究具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法較為系統(tǒng)地了研究了飽和砂土地震液化與液化后大變形的基本規(guī)律，并結(jié)合泰州長(zhǎng)江大橋的主跨邊塔樁基工程實(shí)際，研究了地震液化以及液化后側(cè)向大變形對(duì)樁基工程的影響，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。本文主要的研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下：

2、r>　　 (1)利用GDS10Hz/20kN雙向振動(dòng)三軸系統(tǒng)，對(duì)飽和砂土進(jìn)行了一系列不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)，分別研究了初始有效固結(jié)壓力和細(xì)粒含量對(duì)飽和砂土動(dòng)力特性的影響。基于試驗(yàn)結(jié)果，探討了飽和砂土動(dòng)彈模、阻尼比、動(dòng)強(qiáng)度與有效圍壓和細(xì)粒含量的關(guān)系，研究了動(dòng)彈模和阻尼比與動(dòng)應(yīng)變的依賴關(guān)系，并給出了相應(yīng)公式的參數(shù)取值和隨有效圍壓、細(xì)粒含量的變化規(guī)律；從微觀結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，闡釋了細(xì)粒含量對(duì)飽和砂土動(dòng)彈模、阻尼比和動(dòng)強(qiáng)度的影響機(jī)制和作用機(jī)理。

3、　　 (2)利用GDS10Hz/20kN雙向振動(dòng)三軸系統(tǒng)，對(duì)飽和砂土進(jìn)行不排水動(dòng)三軸液化試驗(yàn)，研究了液化進(jìn)程中動(dòng)孔壓的發(fā)展規(guī)律，并闡述了動(dòng)孔壓的演化機(jī)理?；谠囼?yàn)結(jié)果，得到了一種新的適用于飽和砂土的動(dòng)孔壓應(yīng)變模型，該模型直接與動(dòng)力分析的應(yīng)變幅相聯(lián)系，可以彌補(bǔ)應(yīng)力模型的不足。同時(shí)基于孔壓應(yīng)力模型，研究了細(xì)粒含量對(duì)動(dòng)孔壓演化特性的影響，給出了相關(guān)參數(shù)隨細(xì)粒含量的變化規(guī)律，并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了解釋。
　　 (3)利用GDS循環(huán)三軸儀

4、進(jìn)行了飽和砂土液化后靜力再加載試驗(yàn)。從砂土受振動(dòng)荷載結(jié)束后所處的拉伸、壓縮兩種狀態(tài)出發(fā)，對(duì)飽和砂土液化后的強(qiáng)度變形特性進(jìn)行分析，研究了干密度、有效圍壓、液化程度和細(xì)粒含量對(duì)飽和砂土液化后不排水變形特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，振后處于拉伸狀態(tài)的試樣，液化后的變形由低強(qiáng)度段、超線性強(qiáng)度恢復(fù)段和次線性強(qiáng)度恢復(fù)段三段組成。振后處于壓縮狀態(tài)的試樣，液化后的變形則只有次線性強(qiáng)度恢復(fù)段。提出了統(tǒng)一描述振后試樣處于拉伸、壓縮兩種不同受力狀態(tài)下砂土液化后應(yīng)

5、力應(yīng)變關(guān)系的三階段模型，并給出了模型參數(shù)的推導(dǎo)過程。與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比顯示，該模型的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好，驗(yàn)證了模型的合理性和有效性。
　　 (4)液化側(cè)擴(kuò)地基中，樁在地震期間和地震后兩階段的受力機(jī)理是不同的，采用有限差分軟件FLAC3D建立了地震期間液化場(chǎng)地樁-土動(dòng)力相互作用的有效應(yīng)力分析方法，考慮了樁土共同作用的非線性關(guān)系，對(duì)液化側(cè)擴(kuò)地基中的單樁、群樁進(jìn)行了非線性的動(dòng)力有限差分分析，研究了地震期間考慮液化影響的樁基的動(dòng)力反應(yīng)特

6、征并為液化后大變形對(duì)樁基的影響提供計(jì)算條件。
　　 (5)采用有限差分?jǐn)?shù)值方法，得到了一種新的液化側(cè)擴(kuò)地基中樁基的計(jì)算模型，基于彈塑性地基反力法，推導(dǎo)了液化側(cè)擴(kuò)地基中樁基的有限差分解統(tǒng)一格式，并編制了相應(yīng)的有限差分程序。基于砂土液化后大變形試驗(yàn)，分別對(duì)單樁和群樁樁位處的液化后側(cè)向大變形進(jìn)行了預(yù)測(cè)，利用自編有限差分程序研究了液化后地基側(cè)向大變形對(duì)單樁和群樁的影響，并對(duì)不同工況下單樁和群樁在液化后側(cè)向大變形作用下的受力和變形特性進(jìn)行

7、了分析。初步驗(yàn)證了程序的適用性，得到了液化側(cè)擴(kuò)地基中樁基礎(chǔ)在強(qiáng)震作用下的破壞機(jī)制，樁基礎(chǔ)在液化土層與非液化土層的交界處會(huì)產(chǎn)生超過本身極限抗彎能力的彎矩，易發(fā)生彎剪破壞，在有液化側(cè)擴(kuò)地基中的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不能僅考慮上部結(jié)構(gòu)的震動(dòng)影響，還應(yīng)計(jì)入地基側(cè)向位移對(duì)樁基礎(chǔ)的影響。
　　 (6)基于液化側(cè)擴(kuò)地基中樁基的計(jì)算模型，以泰州長(zhǎng)江公路大橋主塔樁基工程為例，分析了在場(chǎng)地土體液化及液化后大變形條件下樁基的抗震性能，進(jìn)一步驗(yàn)證了程序的適用性，同