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可液化地基中单桩基础震动规律和计算方法研究

王睿  
【摘要】:可液化地基中桩基础震动响应规律是岩土工程抗震领域的热点和难点研究课题之一。本文结合震害资料分析、动力离心模型试验和数值模拟等手段,揭示了可液化地基中单桩基础在地震过程中的震动规律和震后受力与沉降规律,从本构关系、数值算法到建模方式形成了一套可液化地基中单桩基础震动响应计算方法。论文主要在以下方面取得新成果: (1)建立了三维砂土液化大变形统一本构模型及其并行数值算法,发展了针对可液化地基中桩基础震动的三维弹塑性有限元动力时程分析方法。该本构模型实现了对不同状态砂土单调和循环加载以及液化前后力学行为的统一描述。在该模型数值实现中,解决了应力积分,三维映射规则求解和并行化问题。对经典单元和边值问题的模拟验证了本构模型和数值算法的有效性。三维弹塑性有限元动力时程分析方法能够有效地模拟可液化地基中单桩基础的动力离心模型试验 (2)建立了考虑中性面位置变化的固结和震后再固结过程中桩基础轴力和沉降的计算方法,提出了修正中性面实用计算方法。通过对固结和震后再固结离心模型试验的模拟,验证了计算方法的有效性。 (3)揭示了可液化地基中单桩基础的震动规律,包括基本受力机制、运动与惯性相互作用耦合模式,以及震动响应影响因素。桩头转动约束的差异导致了运动相互作用在有承台与无承台两种工况中产生相反的弯曲方向,有承台工况中惯性与运动相互作用产生弯矩方向相反,无承台工况中两者方向相同;桩-土-上部结构体系总的动力相互作用产生的弯矩为两种相互作用产生的弯矩的矢量和;对有承台和无承台单桩基础的受力,运动相互作用和惯性相互作用分别起主要作用;倾斜地基中侧向残余弯矩随侧向流动增大而增大,并可能为弯矩峰值;表层非液化层的存在可导致土层交界处弯矩出现最大值。 (4)分析了震后再固结过程中单桩基础的轴力与沉降变化规律。液化地基震后再固结过程中负摩阻力引起的桩基础轴力最值与固结过程无关,仅受地基最终状态影响;再固结过程中桩基础的沉降主要受中性面位置的控制,中性面位置受再固结过程影响。


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