液化场地桩—土相互作用接触面特性研究

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我国总体上来说是一个地震多发的国家,过去多次地震资料研究表明,由地震液化导致的桩基础破坏是建筑物或构筑物倒塌和破坏的一个重要原因,是地震中频发灾害的主要形式之一。因此关于液化场地桩-土相互作用的课题一直是岩土工程领域研究的热点,对接触面的研究更是成为公认的难点。桩-土体作为一个共同工作的系统,是比较典型的接触问题。在地震荷载作用下桩基与土之间存在很强的动力相互作用,由于接触问题的非线性,与其极其复杂的力学特性使得对接触面的模拟也一直是计算中的难点。本文主要内容是对液化场地下桩-土相互作用接触面进行数值模拟研究。在总结前人研究成果的基础上,利用有限元程序LIQCA2D,通过水土耦合弹塑性有限元和更新拉格朗日格式离散法动力液化数值分析平台,做了以下工作:本文系统讲述了桩-土相互作用及接触问题的研究现状,介绍了接触面单元及本构模型的研究进展。由于桩-土相互作用过程中的强非线性,桩-土系统存在能量耗散,因此在数值模拟中,将阻尼项引入接触单元中,构建了既能模拟液化过程中饱和砂土材料及几何非线性又能考虑桩土相互作用中部分能量耗散的桩土计算模型。对接触单元中加入不同阻尼情况下的桩-土体系进行对比,得出桩顶和桩周土的位移和水平加速度反应等变化规律,表明了不考虑接触单元阻尼会高估桩-土体系的反应。另外由于Goodman单元无厚度无质量,与相邻单元之间只有节点间有力的联系,与wink1er地基梁模型假定相似,因此可将p-y曲线的折减系数表示为孔压比的函数应用在接触单元剪切刚度中,由三种折减函数(抛物线折减、分段函数折减及线性函数折减)对接触单元的剪切刚度进行折减,使之由静态转变为动态变化,最终得到位移时程和孔压时程的变化规律,为找到合适的动力接触刚度以更好的研究桩-土接触面的静动力特性提供了一些依据,具有一定的价值。
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