碎石桩复合地基抗液化性能的数值模拟

论文摘要

碎石桩是目前工程中用于处理饱和砂土液化地基最有效、最经济、最普遍的方式,但其理论研究却相对滞后,尤其是抗液化性能的理论研究还远远落后于工程实践。目前有关碎石桩加固液化土地基抗液化性能研究方法主要有室内试验和解析法,数值模拟相对少见。本文依托国家自然基金资助项目“桩体加固液化砂土作用机理的试验研究”(项目编号50578104)和山西省自然科学基金项目“砂桩加固的复合地基液化判别方法探讨”(项目编号2006011046),采用三维有限差分程序FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua)对地震作用下的饱和液化砂土地基进行数值模拟,探讨了未加固与碎石桩加固情况下桩径、桩间距、砂土的相对密实度等因素对抗液化性能的影响,并与振动台模型试验资料进行了比较。结果分析表明:(1)无论是未加固液化土地基数值模型还是碎石桩加固液化土地基数值模型,孔压比的分布规律沿深度方向不同,中部孔压比较大,上、下部孔压比较小。(2)无论是未加固液化土地基数值模型还是碎石桩加固液化土地基数值模型,超静孔隙水压力随着深度的增加而增大。(3)无论是未加固液化土地基数值模型还是碎石桩加固液化土地基数值模型,相对密实度越大,抗液化能力越强。(4)单根碎石桩排水效应的影响范围为上窄下宽的圆台形,在浅层处,碎石桩的排水作用范围为不超过2倍桩径范围;在中层处,碎石桩在3倍桩径范围内有明显的排水效应,超出3倍桩径范围排水效应明显下降,在深层处,碎石桩在5倍桩径范围内仍有明显的排水效应。(5)未加固液化土地基数值模型中超静孔隙水压力和孔压比达到峰值后,在地震过程中基本保持不变,而群桩加固液化土地基数值模型中超静孔隙水压力和孔压比达到峰值后,在地震过程中发生迅速减小,充分证明了群桩的排水效应。(6)群体碎石桩加固地基数值模拟试验的深层、中层的孔压比峰值与振动台试验的深层、中层的孔压比峰值基本相等,证明群体碎石桩加固地基数值模拟试验结果是可靠的。(7)随着桩间距的增大,群桩的抗液化性能急剧下降,桩的排水性能逐渐减弱。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 砂土液化研究概述
• 1.2.1 砂土液化定义
• 1.2.2 砂土液化机理
• 1.2.3 影响砂土液化的因素
• 1.2.4 液化分析与判别方法
• 1.3 碎石桩加固可液化地基的研究现状
• 1.3.1 碎石桩复合地基的应用
• 1.3.2 碎石桩加固可液化土地基的机理
• 1.3.3 碎石桩加固可液化土地基数值模拟发展现状
• 1.4 选题意义和主要研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 FLAC3D 简介
• 2.1 引言
• 2.2 FLAC3D 优缺点
• 2.3 本构模型
• 2.3.1 各向同性弹性模型
• 2.3.2 Mohr-Coulomb（莫尔-库伦）塑性模型
• 2.4 单元与网格生成
• 2.5 边界条件和初始条件
• 2.5.1 固定边界模式
• 2.6 计算步骤
• 2.7 FLAC3D 非线性动力反应分析简介
• 2.7.1 动力荷载的类型
• 2.7.2 边界条件
• 2.7.3 地震荷载的输入
• 2.7.4 力学阻尼
• 2.7.5 动孔压模型与土体液化
• 2.8 FLAC3D 流固耦合简介
• 2.8.1 FLAC3D 渗流分析的基本功能
• 2.8.2 流固相互作用的两种计算模式
• 2.8.3 渗流计算参数
• 2.8.4 流体边界条件
• 第三章 未加固液化土地基振动台试验数值模拟
• 3.1 计算模型
• 3.1.1 模型尺寸及计算参数
• 3.1.2 模型基本假定
• 3.2 计算步骤
• 3.2.1 静力计算
• 3.2.2 动力计算
• 3.2.3 监测点位置
• 3.3 不同相对密实度下试验结果及分析
• 3.3.1 不同相对密实度所对应的参数
• 3.3.2 相对密实度为2096的试验结果
• 3.3.3 相对密实度为4096的试验结果
• 3.3.4 相对密实度为6096的试验结果
• 3.4 数值模型试验结果与振动台试验结果的对比
• 3.5 不同地震加速度下未加固模型地基超孔压比变化规律
• 3.6 本章小结
• 第四章 单根碎石桩加固液化土地基数值模拟
• 4.1 计算模型
• 4.1.1 模型尺寸及计算参数
• 4.1.2 模型基本假定
• 4.2 震前初始应力状态的计算
• 4.3 动力计算
• 4.3.1 边界条件
• 4.3.2 动力输入
• 4.4 监测点位置
• 4.5 计算结果及结果分析
• 4.5.1 深度h=3，5，7m 不同水平半径处超孔隙水压力和超孔压比
• 4.5.2 水平半径r=0.5，1.0，1.5m 不同深度处超孔隙水压力和超孔压比
• 4.6 不同桩径下复合地基模型的超静孔隙水压力和超孔压比
• 4.7 碎石桩的排水效应
• 4.8 本章小结
• 第五章 群体碎石桩加固液化土地基数值模拟
• 5.1 计算模型
• 5.1.1 模型尺寸及计算参数
• 5.1.2 模型基本假定
• 5.2 震前初始应力状态的计算
• 5.3 动力计算
• 5.3.1 边界条件
• 5.3.2 动力输入
• 5.4 监测点位置
• 5.5 不同相对密实度下试验结果及分析
• 5.5.1 不同相对密实度所对应的参数
• 5.5.2 不同相对密实度下试验结果对比分析
• 5.6 未加固与群桩液化地基土模型计算结果对比
• 5.7 数值模型试验结果与振动台试验结果的对比
• 5.8 不同桩间距下群体碎石桩复合地基的超静孔隙水压力和孔压比
• 5.9 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录