液化场地刚性排水桩-土地震相互作用的振动台试验研究

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我国地质构造复杂,地震活动频发,在实际震害调查中发现地震引起的场地液化、地基失效会损坏桩基,从而破坏桥梁上部结构。正确认识地震引起的场地砂土液化规律和桥梁桩基的破坏机理,对减轻震害带来的生命安全和财产损失具有重要意义。除外,随着南海岛礁的建设越来越得到重视,钙质砂是岛礁地基的重要组成材料,因此深入研究钙质砂场地中桩基础的地震动力响应特性具有实际工程意义。针对刚性排水桩的相关影响因素分析研究并不深入,受限于室内试验的缩尺和不确定性等原因,仍需要开展一系列液化场地桩—土动力相互作用的振动台试验研究,为液化场地桩基的抗震设计提供指导。本论文先后开展了自由液化场地、刚性排水桩—土液化场地的振动台模型试验,分析研究不同桩型排水桩、砂土相对密实度以及地基砂土材料三种因素对地基和桩基地震动力响应的影响。得到研究结果如下:(1)地震会引起饱和自由场地发生变形沉降,并出现冒砂等液化现象;地震强度越大,埋深越浅,砂土越容易液化,且液化持续时间更长,地基动力响应越强烈;地震波沿竖直方向呈低频放大、高频抑制的分布规律,而且自下向上传递呈现放大趋势,砂土液化后对地震传播起到衰减作用;叠梁式剪切模型箱产生的边界效应影响很小,能够较好地模拟原型场地的水平地震动力特性。(2)与普通桩地基相比,刚性排水桩地基能够及时消散超孔压,加速了砂土沉降固结,恢复砂土抗剪强度,抗液化效果比较显著,有利于提高地基承载力。(3)与排水实心桩相比,排水管桩的地震动力响应较小,在水平抗变形性能上好于排水实心桩;但是排水管桩地基的超孔压比整体上大于于排水实心桩地基,所以不可忽略桩身外表面积对砂土超孔压的影响;排水管桩的桩身弯矩都大于排水实心桩,证明了桩身弯矩与抗弯刚度有关。(4)与低密实度钙质砂地基相比,钙质砂地基越密实,砂土不容易液化,超孔压越大,达到峰值的时间越滞后,消散过程越缓慢,但超孔压响应时长不受影响;除外,高密实度钙质砂地基中桩身弯矩较小,弯矩发展时间滞后,桩身变形较小。(5)与标准砂地基相比,钙质砂地基的超孔压整体上大于标准砂地基,上升过程较慢且达到峰值的时间较长,消散速率和幅度也弱于标准砂,因此钙质砂不容易液化,但超孔压响应时长不受影响。除此之外,钙质砂地基中排水桩的桩身弯矩较大,桩身变形较大,桩顶残余位移大于标准砂地基。
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