土液化横向扩展中的桩土相互作用分析

论文摘要

强震中，液化土体在重力作用下往往发生水平扩展流动，这种变形通常是巨大和永久的，因此也对液化区域内公路、铁路、桥梁、码头、堤坝、房屋、地下结构与生命线工程造成严重的破坏，是地震灾害的主要形式之一。液化土的横向扩展对桩基础造成的破坏更为严重，在近些年全球强震震害调查中屡有记录。因此，有关液化土体流动对桩土相互作用以及桩内力与变形的影响，一直是岩土工程领域研究的热点。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论，采用FE-FD耦合的数值分析方法计算模拟地震荷载作用下有坡土体液化横向扩展的桩土相互作用。在数值分析过程中，采用u-p形式的动力固结方程和循环弹塑性本构关系，并引入更新的拉格朗日格式以适应土体液化后产生的大变形。本文通过模拟振动台实验过程，来研究地震中具有坡度土体液化横向扩展中桩土相互作用的机理。主要工作如下：（1）模拟单排桩与土相互作用，将这一过程简化为二维的单桩模型进行计算。通过多组不同坡度情况下的计算，分析得到液化土体横向扩展对桩的内力和位移的影响规律以及坡度对桩的内力和位移的影响。（2）建立与单桩模型具有相同荷载条件的自由土体的二维模型，比较单桩模型与自由场模型的液化及变形的差别，获得考虑桩土相互作用时桩的变形与自由场地时变形的相对位移，寻求其对桩内力分布的影响。（3）模拟双排桩与土相互作用，采用简化的二维双桩模型进行计算，得到土液化横向扩展对桩的内力和位移影响规律。分析比较前桩与后桩的内力和位移的不同。对不同坡度情况下的计算结果进行比较分析，得到双桩模型中前桩与后桩内力与位移随坡度的变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究方法
• 1.2.1 理论分析方法
• 1.2.2 试验方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 2 非线性分析方法
• 2.1 数值分析方法
• 2.2 饱和土体的弹塑性本构模型
• 2.2.1 屈服函数
• 2.2.2 硬化准则
• 2.2.3 超固结边界面
• 2.2.4 流动法则
• 2.2.5 应力增量和应变增量关系
• 2.3 用于多孔介质的更新的拉格朗日格式
• 2.3.1 拉格朗日方法的基本概念
• 2.3.2 本构方程
• 2.3.3 平衡方程
• 2.3.4 连续方程
• 2.3.5 u-p方程的空间离散形式
• 2.3.6 在时域上采用Newark-β方法的离散方程
• 3 单桩有限元模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 单排桩与土相互作用的二维分析
• 3.2.1 分析条件
• 3.2.2 数值计算
• 3.2.3 考虑大变形和不考虑大变形的结果对比
• 3.2.4 坡度对桩的内力影响
• 3.3 自由场土坡分析
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 计算结果分析
• 3.4 小结
• 4 双桩有限元模型分析
• 4.1 引言
• 4.2 分析条件
• 4.3 双桩模型计算结果分析
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢