液化场地桥梁足尺桩土动力相互作用简化分析方法

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1、硕士学位论文液化场地桥梁足尺桩－土动力相互作用简化分析方法SIMPLIFIEDMETHODOFDYNAMICFULL-SCALEPILE-SOILINTERACTIONINLIQUEFYINGGROUND张效禹哈尔滨工业大学2013年6月国内图书分类号：TU473.1学校代码：10213国际图书分类号：624.2/.8密级：公开工学硕士学位论文液化场地桥梁足尺桩－土动力相互作用简化分析方法硕士研究生：张效禹导师：凌贤长教授申请学位：工学硕士学科：岩土工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2013年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU473.1U.D.C:62

2、4.2/.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMPLIFIEDMETHODOFDYNAMICFULL-SCALEPILE-SOILINTERACTIONINLIQUEFYINGGROUNDCandidate：ZhangXiaoyuSupervisor：Prof.LingXianzhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：GeotechnicalEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefen

3、ce：June,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要场地液化是桩基桥梁结构震害的主要原因。液化场地桩－土动力相互作用的研究是解决液化场地桩基桥梁抗震基本问题的有效技术途径。然而，已有的研究工作更多集中于小比例模型动力试验（振动台试验、离心机试验）及相应的理论分析与数值模拟。为此，本文基于通过振动台试验验证的液化场地桩－土动力相互作用三维有限元模型的基本建模途径，采用VELACS项目中离心机试验标定的内华达砂的动力计算参数，开展了液化场地桥梁足尺桩基抗震分析的数值模拟；借

4、助有限元方法，系统研究了液化场地足尺桩－土动力相互作用p-y曲线的主要影响因素，建立了考虑桩－土动力相互作用效应的液化砂土p-y曲线公式，并发展了液化场地足尺桩－土动力相互作用简化分析方法。本文主要研究工作与取得的若干认识如下：(1)针对振动台试验，采用u-p形式控制方程表述饱和砂土的动力属性，选用土的多屈服面弹塑性本构模型表示饱和砂土和粘土的动力特性，采用梁－柱单元模拟桩，建立试验受控条件下的液化场地桩－土动力相互作用三维有限元模型。通过振动台试验验证了数值模型的基本建模途径的正确性。基于上述基本理论和建模途径，选取离心机试验标定的内华达砂为模型地基土，建立了液化场地桥梁足尺桩基地震反

5、应分析的三维有限元模型，并进行了桥梁足尺桩基动力反应分析。结果表明：土体液化后，桩和土体的加速度幅值出现了一定的衰减。(2)采用建立的桥梁足尺桩基地震反应的数值模型，得到了不同幅值正弦波输入下内华达砂的动力p-y曲线，分析了曲线的基本特性，考察了加载幅值、土体渗透系数、内摩擦角及桩径对内华达砂动力p-y曲线的影响效应。结果表明：加载幅值、桩径、砂土渗透系数对动力p-y曲线的影响显著；土体液化后p-y曲线滞回圈面积明显增大，且由于土体液化，引起浅层砂层出现了较大的塑性变形。(3)基于液化场地桩－土动力相互作用p-y曲线的基本特性，引入土的动应力－动应变骨干曲线的构建思路，通过修正API规范

6、中推荐的饱和砂土p-y曲线公式，建立了以孔压比为基本控制变量的内华达砂p-y曲线的简化表达式。(4)将弹性单元、塑性单元和裂缝单元采用串联组合方式，构建可准确刻画桩－土动力相互作用属性的力学模型，通过融入新建的内华达砂p-y曲线公式，确定力学模型的基本参量，以考虑土体液化效应。采用非线性动力文克尔地基梁模型，建立了桥梁足尺桩－土动力相互作用简化模型与计算方法，并通过有限元计算结果验证了该简化方法的正确性。关键词：动力p-y曲线；简化方法；桥梁足尺桩基；有限元法；液化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLiquefactionisthemainreasonofearthqu

7、ake-induceddamagetothepile-supportedbridge.Thestudyondynamicpile-soilinteractionisthekeypointtosolvethisprobleminliquefyingground.Nowmostoftheresearchworkisbasedonthesmallscalemodeltest(shakingtabletestandcentrifugetes