發(fā)布時間：2020-02-14 18:06

【摘要】：可液化地基中樁基礎震動響應規(guī)律是巖土工程抗震領域的熱點和難點研究課題之一。本文結合震害資料分析、動力離心模型試驗和數值模擬等手段，揭示了可液化地基中單樁基礎在地震過程中的震動規(guī)律和震后受力與沉降規(guī)律，從本構關系、數值算法到建模方式形成了一套可液化地基中單樁基礎震動響應計算方法。論文主要在以下方面取得新成果： （1）建立了三維砂土液化大變形統(tǒng)一本構模型及其并行數值算法，發(fā)展了針對可液化地基中樁基礎震動的三維彈塑性有限元動力時程分析方法。該本構模型實現(xiàn)了對不同狀態(tài)砂土單調和循環(huán)加載以及液化前后力學行為的統(tǒng)一描述。在該模型數值實現(xiàn)中，解決了應力積分，三維映射規(guī)則求解和并行化問題。對經典單元和邊值問題的模擬驗證了本構模型和數值算法的有效性。三維彈塑性有限元動力時程分析方法能夠有效地模擬可液化地基中單樁基礎的動力離心模型試驗 （2）建立了考慮中性面位置變化的固結和震后再固結過程中樁基礎軸力和沉降的計算方法，提出了修正中性面實用計算方法。通過對固結和震后再固結離心模型試驗的模擬，驗證了計算方法的有效性。 （3）揭示了可液化地基中單樁基礎的震動規(guī)律，包括基本受力機制、運動與慣性相互作用耦合模式，以及震動響應影響因素。樁頭轉動約束的差異導致了運動相互作用在有承臺與無承臺兩種工況中產生相反的彎曲方向，有承臺工況中慣性與運動相互作用產生彎矩方向相反，無承臺工況中兩者方向相同；樁-土-上部結構體系總的動力相互作用產生的彎矩為兩種相互作用產生的彎矩的矢量和；對有承臺和無承臺單樁基礎的受力，運動相互作用和慣性相互作用分別起主要作用；傾斜地基中側向殘余彎矩隨側向流動增大而增大，，并可能為彎矩峰值；表層非液化層的存在可導致土層交界處彎矩出現(xiàn)最大值。 （4）分析了震后再固結過程中單樁基礎的軸力與沉降變化規(guī)律。液化地基震后再固結過程中負摩阻力引起的樁基礎軸力最值與固結過程無關，僅受地基最終狀態(tài)影響；再固結過程中樁基礎的沉降主要受中性面位置的控制，中性面位置受再固結過程影響。
【圖文】：

譬如阿拉斯加地震中尚未開始建設上部結構的 605A 橋（圖2.2）；亦有震后液化后地基土層側向流動引起的樁基礎破壞，例如著名的新瀉昭和橋（圖 2.3 和圖 2.4）。當結構慣性作用較大或地基運動變形較小時，慣性相互作用也可能成為樁基礎震害發(fā)生的重要誘因，如阪神地震中在無側向流動地基上的某 3 層建筑（圖 2.5）。更多情況下，可液化地基中樁基礎的側向震害是由運動相互作用與慣性相互作用共同耦合形成的動力相互作用造成的，最典型的震害實例如新瀉地震中發(fā)生破壞的 NHK 和 NHFC建筑樁基礎（圖 2.6）。在樁土運動相互作用為主引起的樁基礎破壞中，兩個值得特別注意的震害實例分別是阿拉斯加地震中 605A 橋和唐山地震中天津新港海洋石油研究所單層排架廠房樁基礎的破壞。其共同特點在于，地震發(fā)生時兩工程均尚未開始上部結構的建設，即樁基礎幾乎是在樁土運動相互作用下發(fā)生了破壞。其中，阿拉斯加地震中 605A 橋作為其上游老 605 橋的替代橋梁，在地震發(fā)生時僅完成了樁基礎和橋墩的建設。橋梁的 27m 混凝土鋼管樁基礎震后在樁頂發(fā)生了 15°傾斜（圖 2.2）。該橋所在 Snow River 河谷砂土層 12~18m深度以內砂土標貫擊數僅有 5~10，松砂層以下的細砂層擊數 N 則為 30 左右（Ross

2.3 昭和大橋在新瀉地震后照片（Hamada，19向流動引起的樁基礎破壞的最為著名的實例是新3）。這一震害實例屬于有側向流動和上部結構但破壞現(xiàn)象明顯，震后震害調查相對充分，因此已究方面的一個標志性案例，對于樁土相互作用研和橋長 303.9m，寬 24.0m，由 12 跨組成，每兩跨鋼管樁支撐。Iwasaki（1986）在其震害報告中指基表面 7~8m 深度范圍土層產生了向河心方向的向位移達到了 1~2m。Yoshida et al（2007）在對大橋的倒塌大約在主震后 70s 以后發(fā)生，大橋的 跨連鎖的坍塌（圖 2.3）。后來將破壞最為嚴重 2.4 中給出了該樁基礎的變形。該樁長 25m，所6mm 段組成，底部 13m 由一段壁厚 6mm 鋼管組向河心方向發(fā)生了嚴重的彎曲破壞，并在河床以
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU473.1;TU435

【參考文獻】

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本文編號：2579572