可液化砂土中復(fù)合樁基體系的動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、從歷次發(fā)生地震的震害調(diào)查表明，可液化土層中樁基礎(chǔ)容易產(chǎn)生破壞而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)損壞，引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)產(chǎn)的損失。研究液化土層中樁基礎(chǔ)承載特性具有非常重要的意義，直接關(guān)系到國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)建設(shè)和工程的抗震減災(zāi)問題。雖然現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在樁基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)方面已經(jīng)提出了一些方法，但是這些方法對(duì)于存在液化土層時(shí)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)還存有明顯不足，其原因主要是現(xiàn)有的樁基抗震設(shè)計(jì)方法是基于靜荷載條件下的理論與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)動(dòng)荷載作用下低承臺(tái)樁——液化土之間

2、相互作用機(jī)理理解不夠，使計(jì)算方法本身缺乏可靠的理論依據(jù)，存在許多不妥之處。
　　在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過一系列單樁和群樁的小比例模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和MIDAS GTS數(shù)值模擬，對(duì)復(fù)合樁基體系的豎向承載性能進(jìn)行了深入的分析和系統(tǒng)的總結(jié)，取得以下研究成果:
　　(1)基于模型試驗(yàn)動(dòng)力相似性無量綱理論，通過對(duì)不同配比材料的密度和彈性模量的測(cè)定，首次研制了滿足試驗(yàn)要求的混凝土樁的模型材料，保證了室內(nèi)模型試驗(yàn)的可行性，為今后類似試驗(yàn)

3、提供了經(jīng)驗(yàn)。
　　(2)室內(nèi)模型試驗(yàn)表明:飽和砂土在水平周期荷載作用下，超靜孔隙水壓力隨著振動(dòng)時(shí)間逐漸產(chǎn)生和發(fā)展，土層中的孔壓比隨振動(dòng)時(shí)間增長而逐漸增大，土層自上而下逐漸發(fā)生液化。振動(dòng)停止以后，由于下部土層中的孔隙水壓力大于上部土層的孔隙水壓力，孔隙水產(chǎn)生向上滲流，因而導(dǎo)致下部土層孔隙水壓力消散速度比上部快。
　　(3)單樁試驗(yàn)中樁身應(yīng)變測(cè)試分析表明:樁側(cè)摩阻力隨土層中的孔壓比的提高而降低，當(dāng)土層產(chǎn)生液化后，樁側(cè)摩阻力降低顯

4、著，但是明顯滯后于液化產(chǎn)生時(shí)間。隨孔隙水壓力的消散樁側(cè)摩阻力又有所提高。
　　(4)低承臺(tái)3×3群樁體系的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明:復(fù)合樁基體系對(duì)于土層液化產(chǎn)生有抑制作用，且樁間距越小，抑制作用越明顯。這是因?yàn)殚g距越小，擠密效應(yīng)越顯著，樁—承臺(tái)對(duì)土的夾持作用越大，因此樁間土產(chǎn)生液化需要的振動(dòng)時(shí)間就越長。這一點(diǎn)通過對(duì)模型箱場(chǎng)地剪切波速的測(cè)定（本文發(fā)明的用于室內(nèi)模型箱場(chǎng)地剪切波速測(cè)定裝置）進(jìn)一步予以了證明。
　　(5)通過對(duì)群樁試驗(yàn)不同工

5、況沉降時(shí)程的分析，引入沉降動(dòng)力放大系數(shù)SDAF=相同荷載作用下不同振動(dòng)時(shí)程時(shí)樁基總沉降量/振前靜荷載作用下的沉降量,分析了不同樁間距條件下，SDAF隨振動(dòng)時(shí)間的變化規(guī)律，建立了線性統(tǒng)計(jì)表達(dá)式，為復(fù)合樁基動(dòng)力設(shè)計(jì)的靜力計(jì)算轉(zhuǎn)化提供了基礎(chǔ)。
　　(6)有限元數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)一步證明:復(fù)合樁基對(duì)樁間土的抑制作用隨樁間距增大而減小，當(dāng)樁距為6D（D為樁徑）時(shí)，抑制作用幾乎完全喪失。有限元分析還表明，承臺(tái)剛度提高對(duì)樁間土液化產(chǎn)生有一定的延

6、緩作用，且承臺(tái)剛度越大，這種延緩作用越大。
　　(7)對(duì)不同樁間距、承臺(tái)剛度條件下，復(fù)合樁基體系豎向承載力隨振動(dòng)時(shí)間減小的變化規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算分析，通過對(duì)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力隨振動(dòng)時(shí)間變化的進(jìn)一步深入研究，提出了動(dòng)力荷載作用下的樁基豎向承載力計(jì)算公式:Q=β1ηsQsk/γs+β3ηpQpk/γp+β2ηcQck/γc，其中β1、β2、β3分別為考慮動(dòng)力荷載作用的樁側(cè)摩阻力、樁端阻力和承臺(tái)下土抗力折減系數(shù)，與動(dòng)荷載的作用和土層條件有