爆破地震作用下复合地基动力有限元分析

论文摘要

复合地基广泛地应用于地基处理中,近年来复合地基施工工艺有了很大的发展,复合地基中桩的强度、长度都有较大的提高,复合地基承载力大幅度提高,建筑高度已达百米,只从复合地基对抗震有利的角度不考虑复合地基的抗震问题不再适用现在的情况。这些问题对复合地基抗震提出了新的要求,复合地基的动力分析也成为人们关注的热点问题之一。本文基于爆破地震动作用下复合地基现场足比尺动力试验,建立三维有限元数值分析模型,根据现场试验的勘察报告和现场复合地基静动力试验结果选取了数值模拟的计算参数,研究了在爆破地震动作用下天然地基、夯实水泥土桩复合地基和CFG桩复合地基的静动力特性和动力时程响应,获得以下主要结论:(1)通过模拟静载试验和模态分析表明,弹簧边界在一定程度上真实反应出外界土体对静载沉降的影响,更好的模拟了假设的人工边界。(2)通过数值模拟与现场试验结果对比表明,采用弹簧阻尼边界模型计算地基自振频率,数据更加接近实际情况。水泥土桩、CFG桩复合地基均比天然地基的自振频率大,但增加幅值不大。数值计算的动力响应变化规律与试验结果基本一致。(3)通过对CFG复合地基不同位置桩体、桩间土分析,得出水平、竖向的加速度、位移和应力的变化规律。水平加速度和水平位移随深度的减小而减小,随距爆破源距离增加而减少;竖向加速度和竖向位移随深度的减小而增大,随距爆破源距离增加而减少。从竖向加速度的角度地基的抗震角度分析,复合地基优于天然地基,CFG复合地基优于水泥土复合地基。(4)水平最大应力和最大应力比分布在桩体上下两端,桩中部和土体的应力均很小;竖向最大应力和最大应力比分布在桩体竖向中部。对于不同桩体的复合地基,最大应力和最大动应力比的分布位置和比值均有所不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 复合地基静力研究现状
• 1.3.2 复合地基动力研究现状
• 1.3.3 复合地基试验研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 复合地基动力分析的理论基础
• 2.1 复合地基设计理论
• 2.2 复合地基动力反应的模态叠加法
• 2.3 复合地基动力反应的时程分析方法
• 第3章 复合地基动力试验及计算参数的确定
• 3.1 复合地基现场试验
• 3.2 复合地基计算参数的确定
• 3.2.1 泊松比的确定
• 3.2.2 变形模量的确定
• 3.2.3 复合地基数值模型的计算参数选取
• 第4章 复合地基静动力数值模拟分析
• 4.1 复合地基计算模型的建立
• 4.1.1 模型基本假定
• 4.1.2 建立三维有限元计算模型
• 4.1.3 人工边界仿真模拟
• 4.2 复合地基静力分析
• 4.2.1 夯实水泥土桩复合地基静力分析
• 4.2.2 CFG 桩复合地基静力分析
• 4.3 模型模态分析
• 4.3.1 动弹性模量的确定
• 4.3.2 阻尼比的确定
• 4.3.3 瑞利阻尼系数的确定
• 4.3.4 模态分析
• 4.4 数值模拟与现场动力试验结果的比较
• 4.4.1 夯实水泥土桩复合地基水平加速度分析
• 4.4.2 夯实水泥土桩复合地基竖向加速度分析
• 4.5 CFG 桩复合地基动力响应分析
• 4.5.1 CFG 桩复合地基水平加速度分析
• 4.5.2 CFG 桩复合地基竖向加速度分析
• 4.5.3 CFG 桩复合地基水平位移分析
• 4.5.4 CFG 桩复合地基竖向位移分析
• 4.5.5 CFG 桩复合地基水平应力分析
• 4.5.6 CFG 桩复合地基竖向应力分析
• 4.6 天然地基与两种复合地基动力响应的比较
• 4.6.1 三种地基水平加速度变化规律
• 4.6.2 三种地基竖向加速度变化规律
• 4.6.3 三种地基水平应力变化规律
• 4.6.4 三种地基竖向应力变化规律
• 4.7 复合地基动力响应的影响因素
• 第5章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢