详情

原文传递深水基础碎石垫层的隔震性能研究

论文题名：	深水基础碎石垫层的隔震性能研究
关键词：	桥梁;深水基础;碎石垫层;隔震性能
摘要：	在基础与地基之间设置碎石褥垫层是隔震结构的一种形式，已有试验与理论研究以及工程实践证明了褥垫层隔震的有效性。在琼州海峡大桥基础选型过程中，对桩-垫层-沉箱复合基础的性能进行了研究，本文的主要内容为依托于琼州海峡大桥实际工程情况，对复合地基中垫层的隔震性能及垫层厚度、竖向压力、颗粒粒径等因素对隔震的影响进行研究与分析。本文采用颗粒流软件PFC3D对碎石垫层进行数值模拟，对其隔震效果进行宏观分析，并通过分析垫层中颗粒的运动及垫层的孔隙率及配位数等细观参数对垫层隔震机理进行研究。主要研究内容如下: 　　1、对垫层进行静力作用下的数值模拟分析，结果表明随着垫层厚度的增加，相同竖向力作用下上部结构沉降增加;水平极限承载力随着竖向力的增加而增加，水平极限承载力约为竖向力的0.32～0.44倍，摩擦系数随着竖向压力的增加而略有减小;垫层厚度对水平极限承载力的影响很小，但随着垫层厚度的增加，相同水平荷载作用下上部结构的水平位移明显增加。　　2、当地面以稳定且较小的速度发生小幅水平位移时，分析垫层内部颗粒的摩擦滑移特性，可知随着地面位移的增加，垫层层间水平滑移明显，层间位移最大的位置在垫层底部与地面的接触处，垫层下部层间位移大于上部层间位移;随着垫层厚度的增加，颗粒位移层间变化幅度减小;垫层厚度为20mm、40mm时，试块与垫层接触面上的相对滑移明显，而垫层厚度为60mm时，试块与垫层接触面上相对位移很小，层间变形主要集中在垫层中下部。　　3、对垫层进行地震作用下的数值模拟，输入El-Centro地震波时计算结果显示，碎石褥垫层可有效减小上部结构的地震加速度响应，起到良好的隔震效果;垫层减震率随着竖向压力的增加而减小，随着垫层厚度的增加而增加，且竖向压力与垫层厚度之间相互影响;垫层减震率随着垫层密实度的增加而减小，当垫层在地震作用下振动密实后再次输入相同地震波时，其减震率减小，且垫层级配越好，减小的幅度越大;垫层减震率随颗粒粒径的增加而增大，当颗粒平均粒径相同时，减震率随着颗粒级配的改善而减小，当垫层颗粒按照粒径不同分层布置时，垫层下部粒径较大时可得到较好的隔震效果;当颗粒为球体时垫层隔震效果较好，当颗粒由两个球体随机重叠构成时，垫层隔震效果较差;垫层对El-Centro波及二类场地人工波的隔震效果较好，对Taft波隔震效果相对较差，输入Taft波时减震率对竖向压力改变较为敏感，输入El-Centro波时，其加速度幅值越大，垫层减震率越大。　　4、细观分析结果显示，对垫层进行分层水平运动分析，振动过程中地面与垫层底部相对滑动较大，垫层中部层间位移相对较小;竖向压力增加时，垫层颗粒层间相对位移减小、层间相对速度较小、颗粒加速度普遍增大;垫层高度增加时，垫层底部与地面的相对位移增加，地面运动速度在垫层中衰减加快，垫层的中上部层间相对位移及试块与垫层的相对位移均较小;当垫层按粒径分层布置时，若底部颗粒粒径较大，则垫层底部层间相对位移增加，地面运动在垫层底部衰减较快，底部颗粒所受摩擦力较小。　　5、细观分析显示，颗粒的配位数及垫层孔隙率与垫层隔震效果关系密切;震动开始时，颗粒配位数减小，当加速度较大时，颗粒配位数明显减小，颗粒之间的接触减弱，而当加速度较小时，颗粒配位数相应的有所增加，颗粒之间咬合增强;对垫层中不同高度处配位数进行分析可知，一般情况下越靠近垫层底部颗粒配位数越大，而地面加速度较大时，底部颗粒的配位数减小最为明显，使得底部最易发生相对滑动;振动过程中垫层孔隙率先增加后减小，垫层上部孔隙率变化最为明显。　　6、根据数值分析结果，琼州海峡大桥复合基础应选用中等厚度垫层，综合考虑减震率及位移控制，根据相似比选用3m垫层整体效果最佳;垫层不宜过于密实，避免因密实度过大而影响垫层隔震效果以及过于松散而引起较大沉降;粒径较大的圆形颗粒有利于提高垫层减震率，同时垫层水平位移也较大;垫层不宜采用连续级配颗粒，且现实中无法做到颗粒粒径一致，因此文中粒径为3～7mm较适宜，数值分析中受软件运算能力限制，粒径相对于垫层厚度取值较大，实际工程中粒径较小，文中的粒径变化幅度可作为参考。
作者：	张倩
专业：	建筑与土木工程
导师：	龚维明;曹学勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文