具有软弱夹层的边坡场地中桩的地震响应分析

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1、第35卷，第5期公路工程Vo1．35．No．52010年10月HighwayEngineeringOct．，2010具有软弱夹层的边坡场地中桩的地震响应分析朱莉(江苏省交通规划设计院有限公司，江苏南京210005)[摘要]以具有软弱夹层的边坡场地上的桩基结构物(例如桥台或桥墩)为研究对象，取场地和结构物建立整体模型，采用数值方法(岩土工程分析软件FLAC)分析桩基的地震响应，为山区桥梁等结构物的抗震概念设计提供理论基础。[关键词]边坡场地；桩基础；地震响应；数值分析[中图分类号]U416．14[文献标识码]B[文章编号]1674—0610(2010

2、)05—0148—03AnalysisonSeismicResponseofpilesinSlopeSiteswithSoftLayerZHULi(TransportationPlanningSurveyandDesignInstituteLimitedCorporationinJiangsuProvince，Nanjing，Jiangsu210005，China)[Keywords]slopesites；pilefoundations；seismicresponse；numericalanalysis山区高速公路建设中，很多桥梁(包括高架桥)1问

3、题描述建在边坡场地上。在地震作用下，边坡场地上结构的响应比平整场地上的更为复杂。地震时地基中沙图1为边坡场地上的桥墩，设水平地震波从下土液化层或者某软弱土层的水平运动产生的很大的卧基岩垂直向上输入。土体采用弹塑性模型，硬土侧压力作用于桩基，使桩基发生较大位移或破坏而层1、软弱层、硬土层2的厚度分别为3、3、4m，硬土导致上部结构破坏的震害时有发生。例如，1989年层土体弹性模量均为60MPa、内摩擦角为30。；软的LomaPrieta地震中，SanFrancisco—OaklandBay大弱层土体弹性模量为30MPa、内摩擦角为10。，粘聚桥有一跨

4、发生了坍塌，原因是路堤下软土层发生水力均为5000kPa，泊松比均为0．3。平运动作用于桩基⋯；1995年的Hyogoken—Nanbu上部结构简化为一长条块体，结构物的高度日^地震中，一组群桩在液化土层水平运动的横向作用为10m，选取适当的材料弹性模量，使结构物的第下破坏，桩基的破坏发生在液化层和非液化层交一固有频率为2Hz，混凝土密度P^=2500kg／m。界面上。桩基为2×2群桩，桩长10m，桩径1m，4m×4m×由于桩基工程属于隐蔽工程，其破坏是隐蔽性1m承台尺寸为4mx4mx1m，埋入土中。的而不易被发现，因此往往不被人们注意，然而这种地

5、震输入为输入天津波和EI—Centro波。计算破坏将直接导致上部结构的破坏，而且破坏的桩修桩基的弯矩、剪力响应以及画出最大弯矩剪力响应复极为困难和耗资巨大，所以桩基的地震响应分析时的分布图。和抗震设计与上部结构同样重要。2数值计算模型本文以具有软弱夹层的边坡场地上的桩基结构物(例如桥台或桥墩)为研究对象，取场地和结构物地震响应分析中，场地四周的无限域模拟是一建立整体模型，采用数值方法(岩土工程分析软件个重要的问题，岩土工程分析软件FLAC。提供了一FLAC)分析桩基的地震响应，为山区桥梁等结构种专用于地震分析的动力边界条件——自由场边界物的抗震概念

6、设计提供理论基础。(Free．FieldBoundaries)，这种边界使得计算模型可[收稿日期]2010—07—20[作者简介]朱莉(1977一)，女，江苏盐城人，工程师，主要从事公路桥梁设计工作。第5期朱莉：具有软弱夹层的边坡场地中桩的地震响应分析149硬土层1边坡＼＼＼_、＼＼＼j—cn、、—一软弱层一～j硬土层2图1计算模型示意(单位：m)图3场地的位移云图和矢量圈以取得比较小但却能得到足够精确的结果，大大节图4为天津波作用下场地和结构顶部的位移时省计算时间。程曲线。由图4可以看出，坡顶、坡底和结构物顶部另一个值得提到的是桩的模拟。FLAC

7、程序的响应在震动后期有明显的差异。提供了beam(梁)、cable(锚杆)、pile(桩)、sell(壳)、图5为天津波作用下结构位移响应为最大时结liner(衬砌)五种结构单元，与有限元中通常的梁单构物沿高度方向和桩基沿深度方向的位移分布。元不同，pile单元除了要定义几何形状、材料属性外，还须定义耦合弹簧的参数和接触属性以模拟桩与周围土之间法向和切向的相互作用。桩单元通过耦合弹簧与周围的网格发生相互作用，耦合弹簧可视为一个在桩与网格间传递力和运动的非线性、可滑动的连接件。具体原理可查阅文献[3]图2为FLAC建立的边坡场地一桩基一上部结构整体模

8、型，为了模拟场地四周的无限域，在计算模型的四个侧面施加了自由场边界。考虑两个典型的地震波，其中天津波主要频率成分的周期较长