详情

原文传递液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系动力相互作用分析

论文题名：	液化侧扩流场地高桩码头桩-土-结构体系动力相互作用分析
关键词：	高桩码头;桩基础;动力响应;液化侧扩流场地
摘要：	世界各国的港口工程大多处于地震频发地区。强震作用下，港口场地液化诱发的岸坡侧向大变形往往会导致桩基础破坏而造成巨大的生命财产损失，因此研究桩基础在液化侧扩流场地中的基本规律对于港口桩基础的设计和应用显得尤为重要。通过查阅国内外相关文献，结合国内对桩基础在液化侧扩流场地试验探讨，发现针对桩－土－上部结构体系相互作用的研究并不完善，也没有得到统一的结论，所以本文将着重研究强震影响下液化侧扩流场地单桩响应规律的剖析和探究。因此，本文以两种桩－土－上部结构体系（是否考虑惯性作用）为研究对象，采用CSIEM-40-300大型动力离心模拟试验系统，开展了单桩基础在成层水平饱和场地和成层倾斜饱和场地的物理模型试验；通过对试验数据进行处理，研究分析在正弦波和Kobe地震波激励下土体加速度、超静孔隙水压力和桩基础动力响应等基本参量的变化规律和原因；然后基于OPENSEES有限元分析平台建立全尺有限元数值模型，并将有限元数值分析的结果与模型试验结果进行比较，检验有限元模拟的准确性；最后基于模型试验和数值分析结果深入探讨运动作用和惯性作用的耦合机制。主要研究内容如下：　　1.强震下液化场地桩－土－上部结构体系离心机振动台模型试验的实施。采用铝合金管桩-上部单质量块的形式，针对成层倾斜饱和场地和成层水平饱和场地，选用Kobe地震波和正弦波两种不同形式的激励方式，顺利实施了不同激励强度下液化场地中单桩离心机振动台模型试验。　　2.强震下液化场地桩－土－上部结构体系离心机振动台模型试验典型结果分析。针对不同工况下液化场地桩－土－上部质量体系相互作用的动力响应，进行加速度时域和频域的动力响应研究，分析超静孔隙水压力在激励作用下积累和消散的规律，以及探索不同单桩基础的动力响应规律。结果表明强震作用下细砂层发生液化导致土体出现非线性，液化层对加速度有明显的滤波减震作用，且出现明显的液化侧扩流现象。　　3.液化场地桩－土－上部结构体系有限元模型的建立。本文基于OpenSees有限元数值计算平台和GID前后处理软件，建立了水平液化场地和倾斜液化的桩－土－上部结构体系的有限元模型，模型建立过程中主要涉及饱和土体单元和本构模型材料的选取、桩基和上部结构的简化模拟、边界条件的模拟、数值模拟步序，然后将有限元模型计算结果与离心机模型试验的结果进行比较，验证了数值模型的准确性和可靠性。　　4.液化场地桩－土－上部结构体系相互作用机制分析。基于模型试验得到的数据，借助互功率谱密度分析了有上部质量单桩与无上部质量单桩的桩头加速度相位差；然后为同时考虑激励强度和土层的动力特性，将试验测得的弯矩标准化后进行分析。结果表明惯性作用与运动作用在不同形式的激励下呈现出不同的相位关系，且惯性作用和运动作用耦合作用对桩身弯矩的影响同样与激励形式有关。
作者：	卢龙玉
专业：	土木工程
导师：	曲淑英
授予学位：	硕士
授予学位单位：	烟台大学
学位年度：	2022