大间隔格栅墙加固地基的抗液化效果研究

2011年东日本大地震引起了大范围的砂土地基液化,液化严重损坏了大量的住宅、厂房及公共建筑。为提高既有建筑地基的抗液化能力,文章提出了一种大间隔格栅状水泥土搅拌墙与垂直塑料排水管联合加固地基的方法。通过动离心模型试验与动有效应力有限元分析研究其抗液化效果,发现格栅墙阻止了可液化层的侧向变形,排水管保证了格栅内可液化层在振动时不会产生过高的超静孔压,维持了可液化层的地基强度,也防止了格栅墙外侧向建筑物以下可液化层的渗透排水;探讨了格栅状水泥土搅拌墙间隔对抗液化效果的影响,发现格栅墙所围面积越大建筑物沉降量也越大,说明格栅间隔越大格栅墙的抗液化效果越小,但是即使格栅间隔扩大后,格栅墙仍可在一定程度上限制可液化层的侧向变形。以实际可液化场地上的低层办公楼为研究对象,通过数值计算验证了大间隔格栅状水泥土搅拌墙与垂直塑料排水管联合加固地基的抗液化效果。     

Effective stress analysis method of seismic response for high tailings dam

Based on the analysis method for tailings dam in upstream raising method presently used in metallurgy and nonferrous metals tailings depository in the world, an effective stress analysis method of seismic response for high tailings dam was developed according to the results of engineering geological exploration, static and dynamic test and stability analysis on Baizhishan tailing dam 113.5 m high. The law of generation, diffusion and dissipation of seismic pore water pressure during and after earthquake was investigated, and the results of tailings dam’s acceleration, seismic dynamic stress and pore water pressure were obtained. The results show that the seismic stability and liquefaction resistance of high tailings dam are strengthened remarkably, and the scope and depth of liquefaction area at the top of dam are reduced greatly. The interior stress is compressive stress, the stress level of every element is less than 1.0 and the safety coefficient of every element is greater than 1.0. The safety coefficient against liquefaction of every element of tailing dam is greater than 1.5 according to the effective stress analysis of seismic response by finite element method. The calculated results prove that liquefaction is the main reason of seismic failure of high tailing dams, and the effect of seismic inertia forces on high tailing dams’ stability during earthquake is secondary reason.     

Intensity measures for seismic liquefaction hazard evaluation of sloping site

This work investigates the correlation between a large number of widely used ground motion intensity measures(IMs) and the corresponding liquefaction potential of a soil deposit during earthquake loading. In order to accomplish this purpose the seismic responses of 32 sloping liquefiable site models consisting of layered cohesionless soil were subjected to 139 earthquake ground motions. Two sets of ground motions, consisting of 80 ordinary records and 59 pulse-like near-fault records are used in the dynamic analyses. The liquefaction potential of the site is expressed in terms of the the mean pore pressure ratio, the maximum ground settlement, the maximum ground horizontal displacement and the maximum ground horizontal acceleration. For each individual accelerogram, the values of the aforementioned liquefaction potential measures are determined. Then, the correlation between the liquefaction potential measures and the IMs is evaluated. The results reveal that the velocity spectrum intensity(VSI) shows the strongest correlation with the liquefaction potential of sloping site. VSI is also proven to be a sufficient intensity measure with respect to earthquake magnitude and source-to-site distance, and has a good predictability, thus making it a prime candidate for the seismic liquefaction hazard evaluation.     

可液化土层对地下结构地震影响的振动台试验

针对目前地铁区间隧道建设中常见的单层双跨断面形式结构,开展结构整体位于可液化土层、结构底部存在可液化土层、结构位于非液化土层3组振动台试验,分析地基土加速度、孔隙水压力和结构位移之间的关系. 结果表明,地基土加速度放大系数沿埋深受地震动、地震动峰值、场地的影响展现出不同的变化规律;紧邻结构两侧位置处土体不易液化;结构底部0~45度范围内土体容易液化;液化程度最严重区域分布在结构水平两侧一定距离处和结构底部两侧位置;超孔压比数值分布大小同地震波自身Arias强度有很好的对应关系.     

可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验

实施了可液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,研究桩基桥梁结构地震响应特征.试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象.小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达后几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂层上部轻微液化;桩-柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应约束效应较大,桩在砂层中动应变大于粘土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变.大震输入下,砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;墩顶配重产生较大惯性力作用,加之砂层全部强烈液化使得桩-柱墩动力反应十分强烈,导致桩上部嵌固点发生大幅度上移,且在砂层与上覆粘土层过渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断.     

可液化场地下不同因素对地下结构动力响应的影响

目前,我国在地下结构抗震分析与液化破坏研究中尚存在诸多问题,需要深入研究地下结构的动力响应分析的影响因素:对不同结构截面形式、水平-竖向波共同作用、不同地震波输入.在地震作用下处于可液化场地的拱形结构和矩形结构的受力形式和最不利受力位置;模型分别在竖向波以及横向波单独和共同作用下,孔压比幅值也不相同;不同地震波对结构的受力形式影响不大,却对结构加速度影响十分巨大.这些问题的研究分析对可液化场地下结构在地震作用下的动力响应规律与液化破坏形式具有重要的工程应用价值和意义.     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

土体液化动力分析数值模型

基于有效应力原理,采用满足Masing准则的修正双曲线模型描述土的本构关系,建立了一种土体液化动力分析的数值模型,该模型反映出地震引起孔压增长及伴随的土体软化效应且特别考虑了围压对场地液化的影响.孔压增长模型选用Ishibashi和Sherif等提出的等效循环孔压模式.为了验证模型在模拟地震触发场地液化分析的可靠性,直接针对自由液化场地振动台试验,建立了自由液化场地地震反应的二维分析模型和计算方法;土箱-地基边界采用并联弹簧-阻尼器模拟,体系的动力方程采用Wilson-θ逐步积分法求解.通过试验值与计算值的对比分析,评估了数值建模途径和计算方法的可靠性;总体来看,试验结果与计算结果吻合较好,一定程度上验证了模型良好的模拟能力和正确性,可有效地用于场地液化动力分析.     

地震作用下可液化土的数值模拟与试验验证

将有限差分法程序用于可液化土的地震响应分析,采用动力和流体的流固耦合理论分析了振动过程中土体孔隙水压力的产生、扩散与消散,并对液化场地桩-土-结构相互作用体系振动台试验进行了三维数值模拟;通过与振动台试验数据的对比分析,验证了计算模型的可靠性和合理性。结果表明：采用的方法能较好地模拟可液化土的动力特性,所得结论为液化场地土-结构相互作用体系动力分析提供了参考。     

Numerical analysis on seismic behavior of railway earth embankment: A case study

A numerical case study on the seismic behavior of embankment was carried out based on a prototype of earth embankment in Yun-Gui Railway(from Kunming City to Nanning City) in southwest of China. A full-scale model of earth embankment was established by means of numerical simulation with FLAC~(3D) code. The numerical results were verified by shaking table test. The seismic behaviors of earth embankment were studied, including the horizontal acceleration response, the vertical acceleration response, the dynamic displacement response, and the block state of earth embankment. Results show that the acceleration magnification near the embankment slope is larger than that in internal earth embankment body. With the increase of input peak acceleration, the horizontal acceleration magnification presents a decreasing trend. The horizontal acceleration response at the top of embankment is more sensitive to the intensity of ground motion than that at the bottom of embankment. The embankment presents an obvious nonlinear-plastic characteristic when the input horizontal peak acceleration is larger than 0.3 g. The maximum residual deformation occurs in the middle of embankment slope surface instead of at the top of embankment. The upper part of embankment experiences tension failure without shear failure, and area at the bottom of embankment around the symmetry-axis of embankment mainly presents shear failure under the earthquake loading. The tension failure and shear failure repeatedly occur along the slope surface of earth embankment.     

透水性混凝土桩减压减震耦合抗震机理研究

透水性混凝土桩兼具散体桩和刚性桩的优点,特别适用于地基抗震。为研究其抗震机理,对地震过程中地基的加速度响应和超静孔隙水压力的长消规律等进行了数值模拟,并与碎石桩、素混凝土桩等的动力行为进行了比较分析。研究发现:透水性混凝土桩复合地基表面加速度放大系数明显小于碎石桩和素混凝土桩复合地基,而且其卓越周期仅为碎石桩和素混凝土桩复合地基的1／2,更有利于抑制上部建筑共振的发生;透水性混凝土桩除具有显著的减震效应外,还具有明显的减压效应,其高透水性使地震引起的超静孔隙水压力能快速消散,抑制了地基液化的发生。透水性混凝土桩的减压减震耦合效应还能有效协调地震期间土体的变形。     

有建筑物存在的软土地基液化模拟地震振动台试验研究

在进行结构-地基动力相互作用体系振动台模型试验中,再现了地震动激励下有建筑物存在的砂质粉土软土地基的液化现象.通过对试验实测资料的分析,研究了模拟地震激励下土中孔隙水压力的变化规律.随振动激励次数的增加,土中超孔隙水压力增大;其变化与测点深度、距基础中心线的远近、土的性质、地震激励的频谱组成等有关.震后孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,在短期内也可能继续增长.     

地震作用下可液化饱和自由场地动力响应

针对既定埋深条件下的可液化自由场地在地震作用下动力响应问题,基于OpenSEES计算程序和有效应力动力分析方法,通过建立自由可液化饱和场地数值计算模型进行了耦合动力响应分析.计算结果表明:可液化场地β谱曲线卓越平台随埋深的增加而逐渐变窄,场地土层存在典型的高频滤波、低频放大效应;随着土层埋深和土层密实度增加,砂土层内的液化趋势明显减弱;饱和砂土和黏土层在地震作用下会分别发生剪缩效应和循环软化效应,进而使得土体产生不可恢复的残余变形及地表震陷.     

SICP方法加固饱和砂土提高抗液化能力的动三轴试验研究

在地震作用下,饱和砂土地基易达到液化状态,从而形成安全隐患。以标准砂为材料进行大豆脲酶诱导碳酸钙沉积（SICP）的胶结固化,对30%、40%和50%相对密实度下的中密砂分别做1~3次处理,进行不同循环剪应力与有效固结围压比值下的动三轴试验。通过分析动应变、超孔隙水压力、动循环次数,对SICP方法处理饱和砂土的抗液化效果进行评价。结果表明：试样的孔压与应变发展都呈现出分阶段增长的特点,孔压在加载瞬间会急剧增长到一定水平,而后伴随塑性应变以稳定的速率增长,直至破坏。SICP方法处理饱和砂土能有效增强砂土的抗液化能力,减缓超孔隙水压力的增长速度,且处理次数越多,密实度越高,抗液化效果越好。     

饱和砂土场地在小震下的响应

水平场地地震响应分析是岩土地震工程实践中最重要的问题之一.深圳近年多次经历外围地震引起的小振动,因而研究场地在小震作用下的响应有特殊意义.利用香港科技大学离心机及双向振动台,进行饱和砂土场地的动力模型试验.观测模型在原型峰值加速度为0.07g的小震作用下,加速度、侧向位移、竖向沉降及超静孔压等方面的响应.发现在地震过程中,土体变形较小,超静孔压比也小于0.5,但超静孔压的变化使场地固有频率靠近输入地震波的频率,加速度的放大系数最大可达到3.67.分析结果表明,小震作用下场地虽不大可能发生液化,但在特定情况下,仍可能对上部结构造成破坏.     

高速铁路CFG桩筏复合地基现场测试研究

基于沉降控制设计理念,沪宁城际铁路路基试验段采用CFG桩筏复合地基。为探索其沉降控制机理和承载特性,对路基沉降变形、桩土应力分布、超孔隙水压力消散等进行了长期观测,获取了一些客观的数据。分析了路堤荷载作用下复合地基沉降、土体侧向变形、桩土应力沿路基横向分布以及孔隙水压力随时间变化规律,探讨了桩土应力比与荷载分担比变化规律。为CFG 桩筏结构在高速铁路软基处理中应用进一步理论研究与设计优化提供试验依据。     

册田水库南副坝地基砂层液化分析

本文采用二维有效应力动力分析方法,对山西省册田水库南副坝地基砂层进行了地震液化分析和坝坡动力稳定分析。地震加速度时程曲线,采用了实测和人工合成等三组曲线。从而对该坝的抗震安全性能作出了评价;并对不同地震加速度时程曲线对砂层液化和坝坡稳定的影响作了有益的探讨。     

土体液化动力分析数值模型研究

基于有效应力原理,采用满足Masing准则的修正双曲线模型描述土的本构关系,建立了一种土体液化动力分析的数值模型,该模型反映出地震动引起孔压增长以及伴随的土体软化效应且考虑了围压对场地液化的影响。孔压增长模型选用Ishibashi和Sherif等提出的等效循环孔压模式。为了验证模型在模拟地震触发场地液化分析的可靠性,采用建立的模型,直接针对自由液化场地振动台试验,确立自由液化场地地震反应的二维分析模型和计算方法;土箱-地基边界采用并联弹簧－阻尼器模拟,体系的动力方程采用Wilson-θ逐步积分法求解。通过试验值与计算值的对比与分析,评估了数值建模途径和计算方法的可靠性;总体来看,试验结果与计算结果吻合较好,一定程度上验证了模型良好的模拟能力和正确性,可有效地用于场地液化动力分析。     

地震作用下土钉支护边坡动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了双向地震激励下土钉支护边坡动力响应。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。给出了地震波和阻尼的选取方法。应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,土钉的地震响应,土压力地震响应。结果表明土钉支护边坡延性大,有很好的抗震性能;地震作用后各层土钉轴力都增大;边坡在地震作用下产生永久位移;地震作用下土压力峰值形状与地震作用前的土压力形状相似。这些结论对土钉支护边坡的抗震设计与动力分析有较高的参考价值。     

波浪作用下堤前海床动力反应分析

基于二维广义Biot动力固结理论，建立了在线性波浪作用下饱和弹性多孔介质堤前海床动力反应的u-p形式有限元方程，采用无条件稳定的隐 隐式交叉迭代法在时域内进行求解.研究表明，当海床地基土饱和度不等于1.0时，超静孔压幅值将显著变化，这时按实际饱和度进行动力分析更为合理；地基土的分层差异将使堤前海床承受剪切的能力发生较大变化；随着反射系数的增大，超静孔压幅值和有效应力幅值明显增大，海床液化程度也明显加剧.