液化场地群桩动力响应离心机振动台试验及数值模拟研究

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桩基础是液化场地建筑物基础的主要应用形式,液化场地中群桩基础动力响应规律一直是建筑物抗震领域研究的热点。本文通过研究国内外文献,结合国内对群桩基础在液化场地中的横向动力响应特性以及桩土相互作用的研究进展,避开目前研究模型与现实工程群桩受力过程中应力应变关系差距较大的问题,展开原型应力应变关系条件下对液化场地中群桩基础横向动力响应及桩土相互作用问题的研究,主要内容包括:在不同峰值加速度正弦波和EL-Centro地震波的输入下,进行饱和砂土地基中2×2群桩基础离心机振动台试验,通过对试验数据的处理,分析群桩承台和地基土的横向动力响应特性;然后,建立液化场地群桩基础-地基土相互作用的网格自适应动静耦合数值模型,并利用大型有限元ABAQUS计算平台的程序二次开发端口,引入液化大变形本构模型,进行地基液化过程中群桩动力响应分析规律;最后,将本文建立模型的计算结果与离心机振动台试验结果进行对比,验证模型的准确性和有效性。论文取得新成果主要包括有:(1)采用铝质2×2管桩-承台基础形式,针对饱和砂土可液化场地,选用正弦波和EL-Centro地震波两种横向激励输入方式,成功完成了考虑峰值加速度、频率变化的不同工况条件下液化场地群桩基础-地基土相互作用离心机振动台试验。(2)对离心机振动台试验数据进行详细分析,研究液化场地中群桩-地基土的相互作用机理,探讨不同峰值加速度横向激励作用下群桩承台加速度、地基土不同深度处加速度和超静孔隙水压力在地基液化过程中的动力响应规律,剖析动力作用下群桩基础对地基土软化至液化过程中的显著影响效应,并为建立考虑动静耦合砂土液化大变形有限元数值模型提供了必要的模型数据。(3)基于ABAQUS大型有限元计算平台,基于离心机振动台试验,通过ABAQUS二次开发端口引入在硬化参数增量及硬化规则方面修正过的砂土液化大变形本构模型,建立了动静耦合饱和砂土场地群桩-土的相互作用动力响应二维数值模型,为解决饱和砂土液化后网格畸变采用了网格自适应技术。通过将数值模拟结果与离心机振动台试验结果对比,验证了数值模型的正确性。(4)通过本文所建立数值模型计算结果分析,深入研究不同峰值加速度横向激励对饱和砂土地基超静孔隙水压力上升的规律,阐明了在横向荷载作用下饱和砂土地基液化过程中,地基土的超静孔压比发展与土体加速度变化之间的关联性。
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