可液化场地散体材料桩复合地基动力特性与安全评价研究

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散体桩被广泛应用于加固处理可液化场地以增强抗液化能力。采用散体桩加固后场地的地震响应规律与抗液化加固效果研究是近几十年来国内外许多研究者持续关注的热点和难点课题之一,特别是对可液化场地散体桩复合地基震动失稳及其安全性评价研究更不多见。本文基于课题组既有的砂土液化大变形本构模型,提出了散体桩桩体粗粒材料的弹塑性循环本构模型,发展了可液化场地散体桩复合地基的地震响应数值分析方法和动力稳定性评价方法,揭示了不同工况下散体桩加固的可液化场地的地震响应规律及抗液化效果,主要取得如下新成果:(1)提出了一个可考虑粗粒土三维非线性和各向异性的强度准则,发展了可考虑强度非线性的粗粒土弹塑性循环本构模型,并在FLAC3D计算平台上完成了砂土液化大变形本构模型和粗粒土弹塑性循环本构模型的数值实现,解决了零有效应力的液化状态时计算不稳定问题。(2)建立了针对散体桩加固可液化场地的三维弹塑性流固耦合动力反应分析数值方法,通过模拟砂土和粗粒土单元试验及散体桩加固饱和砂土离心动力模型试验,初步验证了模型、方法和所开发程序的有效性。(3)揭示了不同刚度、排水和加密效应下散体桩加固可液化场地的动力响应规律,发现土与桩的应变和应力分配随震动而变化,土与桩的竖向有效应力比可降至1/6~1/3,剪应变比可达7.0~10.0;散体桩抗液化效果的影响范围约为2.5~3倍桩径、浅层小但随深度增加;桩体的排水与加密效应可使超静孔隙水压力显著降低,刚度效应可使地面加速度响应峰值减小。散体桩加固会提高土体抗剪能力,特别是可显著抑制缓坡产生的侧向流滑变形和低渗透夹层发生的水膜效应。(4)建立了具有实际工程背景的可液化场地散体桩加固地基-基础-上部结构系统的地震响应和抗液化效果评价的数值模型,参照实际工程场地液化治理现场试验数据估算模型材料参数,计算成果揭示了不同地下水位的散体桩加固河滩场地工程的地基、基础及上部建筑的地震响应、抗液化加固效果与震后沉降变化规律。(5)初步建立了分析可液化场地的变模量强度折减动力分析法,提出了基于位移突变、控制点相对速度发散以及塑性区与液化区贯通的动力失稳综合判据,应用于考虑渗流和地震耦合的可液化场地散体桩加固路堤的动力稳定性和安全性评价分析,发现震后的速度惯性和液化范围扩展是堤坝动力失稳的主要原因。
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