【摘要】：大量震害調(diào)查資料表明地震作用下飽和砂土液化引起地基發(fā)生橫向大位移是樁基遭到破壞的重要原因。然而,目前國內(nèi)的研究大多集中于傳統(tǒng)的固體力學(xué)方法,該方法將液化土體視為彈塑性地基模型,并不能準(zhǔn)確地描述運(yùn)動(dòng)中的液化土體對樁產(chǎn)生的影響,因此在分析液化場地樁—土—結(jié)構(gòu)相互作用的問題上存在一定的局限性。本文以新西蘭地震中受損的Dallington橋?yàn)楣こ萄芯勘尘?通過相似比設(shè)計(jì)進(jìn)行傾斜液化場地的橋梁樁振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),并利用ADINA數(shù)值計(jì)算平臺(tái),將液化后土體視為非牛頓流體,利用流固耦合的分析方法,分別建立單樁與橋梁樁結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算模型,從試驗(yàn)分析和數(shù)值模擬兩方面著手,探究邊坡液化流滑對樁產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)問題。主要的研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)進(jìn)行了可液化傾斜場地橋梁樁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。分析了小震和大震作用下液化地基土的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律和橋梁樁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特性,總結(jié)了傾斜液化場地的加速度反應(yīng)規(guī)律、孔隙水壓力發(fā)展規(guī)律、結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)土壓力反應(yīng)特征,并進(jìn)行了破壞機(jī)理的分析。得到以下主要結(jié)論:傾斜場地坡面傾角的大小對表層土的流滑具有重要影響;傾斜坡面流滑階段樁側(cè)土壓力反應(yīng)具有明顯的不對稱性;液化后砂土具有流動(dòng)性,土體發(fā)生橫向位移對樁產(chǎn)生的推動(dòng)效應(yīng),造成了結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞;大震作用下,結(jié)構(gòu)破壞形式與原型場地一致,可見橋臺(tái)與橋面連接部位為結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié),即使是整體式橋梁結(jié)構(gòu)仍要引起重視。(2)簡要介紹了不可壓縮黏性流體和線彈性固體之間的三維動(dòng)力耦合基本理論。將拉格朗日—?dú)W拉(ALE)描述引入到流體的Navier-Stokes方程中,建立了ALE描述下的流體動(dòng)力學(xué)基本方程。固體域涉及小應(yīng)變大位移屬于幾何非線性問題,采用T.L.格式建立關(guān)于位移增量的方程組,利用虛位移原理進(jìn)行有限元方程的離散;流體域選取壓力和速度的插值基函數(shù),獲得了ALE有限元數(shù)值離散方程,最后運(yùn)用同步求解法得到系統(tǒng)的流固耦合方程。(3)根據(jù)流固耦合基本理論,首先建立了可液化傾斜場地端承單樁的數(shù)值模型,探討了樁基在長徑比、樁頂慣性力、樁端嵌固條件影響因素下的動(dòng)力響應(yīng)特征,結(jié)果表明數(shù)值計(jì)算與模型試驗(yàn)在樁頂加速度、樁身應(yīng)變、樁身變形上吻合較好,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的可靠性;其次進(jìn)行了可液化傾斜場地橋梁樁結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算,分析了橋梁結(jié)構(gòu)在傾斜液化場地中的動(dòng)力耦合效應(yīng),總結(jié)了結(jié)構(gòu)的加速度分布規(guī)律和沿樁身位移的變化規(guī)律,最后將地基土加速度反應(yīng)規(guī)律、土壓力反應(yīng)特征及樁身應(yīng)變分布規(guī)律與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了驗(yàn)證了試驗(yàn)方案的合理性和數(shù)值計(jì)算的可靠性。
【圖文】：

2（c）徒河橋因不良基礎(chǔ)引起橋墩折斷 （d）薊運(yùn)河上的鐵路橋由于岸坡土體滑移導(dǎo)致橋臺(tái)扭轉(zhuǎn)變形圖 1-1 1976 年唐山地震橋梁破壞現(xiàn)象Fig.1-1 Bridge damage in Tangshan earthquake in 19761.2 新西蘭 Christchurch 地震液化流滑橋梁樁基破壞回顧2010 年 9 月—2011 年 12 月 Christchurch 發(fā)生的系列地震分別是 2010 年 9 月 4 日 7.1級地震、2011 年 2 月 22 日 6.2 級地震、2011 年 6 月 13 日 6.0 級地震、2011 年 12 月 23 日5.9 級地震以及其他五次 5.0-5.8 級地震。地震發(fā)生在斷層和城市邊緣地區(qū)，強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)城市發(fā)生巨大的破壞，形成了當(dāng)今世上最廣泛最嚴(yán)重的液化土記錄之一。很多液化嚴(yán)重的地區(qū)經(jīng)歷了三至四次的重復(fù)液化，僅震后街道上就清理了超過 400000 噸的淤

江 蘇 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文砂。廣泛的液化是由震動(dòng)的強(qiáng)度和城市的地質(zhì)背景所決定的，Christchurch 位東海岸的 Canterbury 平原上，占地 450 平方千米，，平原由 300-550m 深礫石、黏土和泥炭組成，河流源頭沉積于西南方的阿爾卑斯山。Avon 和 Heathcote 過城市最終流向 Avon-Heathcote河岸，地下水位相對較高，由西向東上升了 1-海岸線水平[3]。11 年 2 月受到液化影響的地區(qū)見圖 1-2[3]，橫向大位移沿著城市里的 Avon 河市中心以東的許多中短跨橋梁（長度為 20m 至 70m）。以下對位于 Avon hurch 東部 5 座較全面反映 Christchurch 地震中破壞特征的橋梁進(jìn)行簡要的描測與測量在 2011 年 2 月地震發(fā)生后的幾個(gè)星期內(nèi)進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.15

【參考文獻(xiàn)】

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10 李雨潤;張中樂;顧宗昂;魏星;袁曉銘;;分層液化土中樁基側(cè)向動(dòng)力反應(yīng)機(jī)理的試驗(yàn)研究[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2014年01期

本文編號：2700630