岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (6): 2443-2455.doi: 10.16285/j.rsm.2017.0852

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

可液化场地碎石桩复合地基地震动力响应分析

邹佑学1, 2, 3,王 睿1, 2, 3,张建民1, 2, 3   

  1. 1. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084;2. 清华大学 城市轨道交通绿色与安全建造技术国家工程实验室, 北京 100084;3. 清华大学 土木水利学院,北京 100084
  • 收稿日期:2017-05-02 出版日期:2019-06-11 发布日期:2019-06-22
  • 通讯作者: 张建民,男,1960年生,博士,教授,主要从事岩土工程方面的教学和研究工作。E-mail: zhangjm@tsinghua.edu.cn E-mail:zouyx09@mails.tsinghua.edu.cn
  • 作者简介:邹佑学,男,1974年生,博士研究生,主要从事岩土工程抗震方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51678346,No.51708332)

Analysis on the seismic response of stone columns composite foundation in liquefiable soils

ZOU You-xue1, 2, 3, WANG Rui1, 2, 3, ZHANG Jian-min1, 2, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. National Engineering Laboratory for Urban Rail Transit Green and Safety Construction Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3. School of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2017-05-02 Online:2019-06-11 Published:2019-06-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51678346, 51708332).

摘要: 采用砂土液化大变形弹塑性本构模型分析可液化砂土,采用模量随应力与应变变化的等效非线性模型增量形式分析碎石桩,应用FLAC3D有限差分软件对地震动力作用下可液化场地碎石桩复合地基进行三维动力响应分析。模拟分析了在地震作用下碎石桩刚度效应和排水效应对加固处理可液化场地的抗液化效果,从初始小变形到液化后大变形的变形发展,超静孔压累积与消散,及桩与土的变形与应力分配变化等。结果表明,所用模型与方法可合理描述可液化场地碎石桩复合地基在地震作用下场地的动力响应特性和抗液化效果;在地震作用下可液化场地中桩周土体与碎石桩体的竖向应力与水平向剪切应力向碎石桩体集中,竖向有效应力比可降至约1/6~1/3;桩周土体与桩体为非协调变形,剪应变比可达7~10;碎石桩抗液化影响范围约为2.5~3倍桩径,对超过3.5倍桩径范围影响较小;碎石桩与砂土渗透系数比大于100时对降低砂土中超静孔隙水压影响明显;碎石桩对场地的加密效应可显著降低超静孔隙水压力,而碎石桩刚度则对超静孔隙水压力变动影响较小,但有助于减低地面加速度响应峰值。

关键词: 动力响应, 可液化场地, 碎石桩, 复合地基, FLAC3D

Abstract: With the application of a plasticity model for large post-liquefaction deformation of sand to model the liquefiable soil and an equivalent nonlinear incremental model to model stone columns (SC), three-dimensional dynamic responses of stone columns composite foundation in liquefiable soil are numerically investigated using finite difference code FLAC3D. The analysis investigates the effect of the SC’s high stiffness and improved drainage on soil liquefaction mitigation, the excess pore water pressure (EPWP) build-up and dissipation, the deformation process of the liquefiable soil from small to large deformation in the pre- and post-liquefaction regimes, and the variation of stress distribution between SC and surrounding soils. The results show that the model and the program can reasonably reproduce the seismic response of stone columns composite foundation in liquefiable soils and its effect of liquefaction mitigation. The vertical stress and horizontal shear stress gradually concentrate to SC during earthquake shaking and vertical effective stress ratio may decrease to 1/6-1/3, the deformation in soil and SC is incompatible and the ratio of shear strain in the soil and SC may reach 7-10. A ratio of SC permeability to soil permeability larger than 100 significantly decreases the EPWP, while the stiffness of SC slightly decreases EPWP but helps reduce the surface peak acceleration.

Key words: seismic response, liquefiable foundation, stone columns, liquefaction mitigation, FLAC3D

中图分类号: 

  • TU 435
[1] 乔向进, 梁庆国, 曹小平, 王丽丽, . 桥隧相连体系隧道洞口段动力响应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2342-2348.
[2] 何静斌, 冯忠居, 董芸秀, 胡海波, 刘 闯, 郭穗柱, 张聪, 武敏, 王振, . 强震区桩−土−断层耦合作用下桩基动力响应[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2389-2400.
[3] 任洋, 李天斌, 赖林. 强震区隧道洞口段边坡动力响应 特征离心振动台试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1605-1612.
[4] 张卢明, 周勇, 范刚, 蔡红雨, 董云. 强震作用下核安全级反倾层状软岩高陡边坡组合支挡结构抗震性能研究与加固效果评价[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1740-1749.
[5] 王立安, 赵建昌, 侯小强, 刘生纬, 王作伟. 非均匀饱和半空间的Lamb问题[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1790-1798.
[6] 冯立, 丁选明, 王成龙, 陈志雄. 考虑接缝影响的地下综合管廊振动台模型试验[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1295-1304.
[7] 芦苇, 赵冬, 李东波, 毛筱霏. 土遗址全长黏结式锚固系统动力响应解析方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1377-1387.
[8] 郎瑞卿, 杨爱武, 闫澍旺, . 修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 813-822.
[9] 张恒源, 钱德玲, 沈超, 戴启权. 水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础 动力响应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 905-914.
[10] 吴琪, 丁选明, 陈志雄, 陈育民, 彭宇, . 不同地震动强度下珊瑚礁砂地基中桩-土-结构 地震响应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 571-580.
[11] 黄宇华, 徐林荣, 周俊杰, 蔡雨, . 基于改进Terzarghi方法的桩网地基桩土应力计算[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 667-675.
[12] 夏 坤, 董林, 蒲小武, 李璐, . 黄土塬地震动响应特征分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 295-304.
[13] 于一帆, 王平, 王会娟, 许书雅, 郭海涛, . 堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 172-180.
[14] 杨文波, 邹涛, 涂玖林, 谷笑旭, 刘雨辰, 晏启祥, 何川. 高速列车振动荷载作用下马蹄形断面隧 道动力响应特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3635-3644.
[15] 穆锐, 浦少云, 黄质宏, 李永辉, 郑培鑫, 刘 旸, 刘 泽, 郑红超, . 土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2825-2837.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!