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ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

工程力学 2022年第5期39卷 177-187页

作者：刘顺唐小微栾一晓大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116023

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用... 详细信息

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。

关键词：有限元任意拉格朗日欧拉方法(ALE) 沉箱码头地震砂土液化

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砂土液化对基础隔震结构地震反应的影响分析

防灾减灾工程学报 2022年第1期42卷 162-170页

作者：朱明轩陈礼飞于旭庄海洋吴晓飞南京工业大学岩土工程研究所江苏南京210009 扬州工业职业技术学院建筑工程学院江苏扬州225127 南京工程学院建筑工程学院江苏南京211167 南京江宁经济技术开发总公司江苏南京211106

砂土液化会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,这一现象也将对基础隔震结构地震反应规律产生影响。基于有限元方法,采用ABAQUS建立了土-隔震结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同地基液化情况对基础隔震结构地震反应... 详细信息

砂土液化会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,这一现象也将对基础隔震结构地震反应规律产生影响。基于有限元方法,采用ABAQUS建立了土-隔震结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同地基液化情况对基础隔震结构地震反应规律及隔震效果的影响进行了深入分析。结果表明:隔震结构下部桩基础能够有效提高下部地基的抗液化能力,进而保证隔震结构的整体稳定性。总体来看,液化场地上隔震结构的隔震效果及地震反应与输入地震动的特性相关,近场地震作用下液化地基上隔震结构的隔震性能保持良好,而远场强震作用下液化地基上隔震结构的隔震效果降低。同时隔震层产生较大的位移反应可能导致隔震支座失稳或强度破坏,设计时需特别注意。

关键词：基础隔震砂土液化数值模拟地震反应隔震性能

基于中国砂土液化数据库的标准贯入试验液化判别方法研究

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岩土力学 2023年第1期44卷 279-288页

作者：王维铭陈龙伟郭婷婷汪云龙凌贤长黑龙江工程学院土木与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150050 黑龙江华正交通工程监理有限责任公司黑龙江哈尔滨150050 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

历史地震液化调查数据是液化判别方法构建、改进以及验证的重要基础,也是检验现有液化认识和理论的主要标准。通过吸收我国集集、巴楚和松原等地震液化数据,将基于标准贯入试验(standard penetration test,简称SPT)锤击数的液化数据量库... 详细信息

历史地震液化调查数据是液化判别方法构建、改进以及验证的重要基础,也是检验现有液化认识和理论的主要标准。通过吸收我国集集、巴楚和松原等地震液化数据,将基于标准贯入试验(standard penetration test,简称SPT)锤击数的液化数据量库从121个增至465个。采用该液化数据库,对比研究了我国建筑抗震设计规范液化判别方法(简称建规法)、2个双曲线模型以及循环剪应力比CSR简化方法等4种基于SPT液化判别方法的可靠性。结果显示:2个双曲线模型能够很好地判别液化和非液化数据,成功率超过85%,对液化数据和非液化数据的判别成功率保持均衡;建规法以及CSR简化方法判别结果存在不足;地震烈度为7度区液化数据和非液化数据混合情况较多,不同液化判别公式判别效果均不够理想,而对8度区和9度区液化数据,4种方法判别成功率较高;与以往液化概率判别公式对比,基于CSR计算方法,采用新液化数据给出的液化风险评估概率判别公式虽然采用数据量不同,但公式预测临界线匹配良好;建规法存在明显不足,对饱和砂层埋深大于10 m的深层土液化判别结果过于保守。研究成果可为改进我国规范中液化判别方法提供参考。

关键词：砂土液化数据库标准贯入试验液化判别概率水平

穿越不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道地震响应三维数值分析

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岩土力学 2023年第4期44卷 1204-1216页

作者：吴宏叶治张宇亭刘华北华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 交通运输部天津水运工程科学研究所岩土工程研究中心天津300456

地震液化对隧道结构有重大威胁,且位于不同抗液化能力地层交界处的盾构隧道段更易发生严重的地震破坏。采用三维数值方法研究穿越不同密实度状态饱和砂土地层的盾构隧道的地震响应规律。饱和砂土用一种描述不同密实度砂土液化行为的边... 详细信息

地震液化对隧道结构有重大威胁,且位于不同抗液化能力地层交界处的盾构隧道段更易发生严重的地震破坏。采用三维数值方法研究穿越不同密实度状态饱和砂土地层的盾构隧道的地震响应规律。饱和砂土用一种描述不同密实度砂土液化行为的边界面模型进行模拟,首先通过隧道液化上浮的振动台试验结果验证该本构模型的合理性。其次,应用多自由度连接弹簧表征管片环间相互作用,采用文献中的拼装管片的逐级加载试验结果验证该方法的可行性。最后,建立穿越两种不同密实度饱和砂土地层的盾构隧道三维数值模型,研究相对密实度、输入加速度峰值和交界面倾角对砂土地层-盾构隧道系统动力响应的影响。结果表明,可液化地层中隧道结构位移模式是水平地震激励下产生的水平位移与由于液化上浮效应产生的竖向位移的耦合作用,加之隧道在不同土层中变形存在差异,从而导致隧道呈现扭转的变形形态。在靠近交界面处,隧道整体上浮量急剧变化且该处结构上浮量随着交界面倾角增大而增大,同时管片结构弯矩出现突变,接头螺栓的环间剪切和拉伸位移也显著增加。分析结果进一步印证地震作用下盾构隧道在不同性质饱和砂土地层交界面处更易破坏,在设计阶段应予以重点关注。

关键词：饱和土层交界盾构隧道地震响应变形模式砂土液化

循环荷载作用下饱和砂土的性质演化规律及液化阶段性特征

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工程力学 2023年第2期40卷 157-167页

作者：张鑫磊衣睿博纪展鹏高洪梅王志华南京工业大学城市地下空间研究中心南京211816 南京工业大学岩土工程研究所南京211816

正确认识饱和砂土在液化过程中的性质演变规律是解决可液化土层大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水三轴试验,研究了饱和砂土液化过程中剪应力-剪应变关系、孔压增长速率和流动性的演化规律。发现饱和砂土由固态向液态的转变过程存在... 详细信息

正确认识饱和砂土在液化过程中的性质演变规律是解决可液化土层大变形问题的关键。通过饱和砂土不排水三轴试验,研究了饱和砂土液化过程中剪应力-剪应变关系、孔压增长速率和流动性的演化规律。发现饱和砂土由固态向液态的转变过程存在显著的阶段性特征,饱和砂土的液化过程可根据孔压比增长速率特征点划分为固态、固-液过渡、触变性流体及稳定流体四个阶段,而土体的孔压比增长速率与其产生的残余剪应变相关;围压和循环应力比会影响土体液化过程中各阶段的持续时间,围压越低、循环应力比越高,饱和砂土越容易从固体阶段转变为流体阶段;饱和南京细砂从一个阶段进入另一个阶段的所需振次与对应的孔压比之间呈线性关系。

关键词：南京饱和细砂砂土液化液化阶段性剪应力-剪应变关系孔压比增长速率流动性

制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟

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同济大学学报（自然科学版） 2022年第7期50卷 998-1008页

作者：叶斌宋思聪倪雪倩同济大学土木工程学院上海200092 中南大学土木工程学院湖南长沙410018

基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,... 详细信息

基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,二者的各向异性系数均逐渐上升。试样整体配位数随荷载的作用逐渐下降,液化后于0~3范围内波动。湿捣法试样比落砂法试样的各向异性程度更小,液化所需的加载循环数更多,即具有更高的抗液化强度。密实度越高,两种试样的液化强度差别越大。

关键词：砂土液化制样方法数值模拟结构特征

液化场地群桩基础地震反应离心机试验及损伤数值模型研究

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岩石力学与工程学报 2023年第1期42卷 212-223页

作者：李雨润闫志晓张健河北工业大学土木与交通学院天津300401 河北工业大学河北省土木工程技术研究中心天津300401

地基液化导致桩基础破坏是地震中建筑物和公共基础设施震害的主要原因。开展离心机振动台试验探究液化场地中直、斜群桩基础地震反应,并建立动静耦合边界非线性砂土液化大变形桩基塑性损伤有限元数值模型,进行地震作用下群桩基础的塑性... 详细信息

地基液化导致桩基础破坏是地震中建筑物和公共基础设施震害的主要原因。开展离心机振动台试验探究液化场地中直、斜群桩基础地震反应,并建立动静耦合边界非线性砂土液化大变形桩基塑性损伤有限元数值模型,进行地震作用下群桩基础的塑性反应分析。研究结果表明:地震作用下,地基土液化最先出现在群桩基础周围的地基土表面处,随着地震动峰值加速度的增大,液化范围逐渐向地基深处和桩基础两侧发展;群桩基础的动弯矩在桩底、地基土表面、承台嵌固位置较大;直群桩基础桩身变形较大位置出现在桩底部和地基土表面位置处,斜群桩变形较大位置则出现在桩身中间处;地基土超孔压比在地基浅层最大,并随输入地震动峰值增大而增大;地基土受地震动影响产生液化的同时,会在桩周20倍桩径范围内产生地基隆起,远桩区域产生地基震陷;地震作用下,直、斜群桩受压损伤较小,受拉损伤严重,0.3 g强震工况直、斜群桩桩底受拉破坏。

关键词：土力学砂土液化群桩基础动力反应塑性损伤离心机振动台试验数值模拟

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考虑碎石桩加固的液化场地桥梁地震风险分析

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第7期49卷 178-185页

作者：古泉俞至权邱志坚厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005

以一座典型的四跨钢筋混凝土连续桥梁为例,建立三个液化场地桩-土-桥梁体系平面应变有限元模型,考虑饱和土体中孔隙水与土颗粒的动力耦合效应,探究碎石桩作为桥梁工程抗液化加固措施的效果.通过构建液化场地桥梁结构的易损性曲线和地震... 详细信息

以一座典型的四跨钢筋混凝土连续桥梁为例,建立三个液化场地桩-土-桥梁体系平面应变有限元模型,考虑饱和土体中孔隙水与土颗粒的动力耦合效应,探究碎石桩作为桥梁工程抗液化加固措施的效果.通过构建液化场地桥梁结构的易损性曲线和地震危险曲线,在概率理论框架下诠释碎石桩加固措施对桩基桥梁地震风险的影响,并对有无碎石桩加固措施的计算结果进行对比分析.结果表明:碎石桩抗液化效果显著,可以有效减少土体的超孔隙水压,进而大幅降低液化场地桥梁的整体侧向变形、破损概率和地震风险.

关键词：砂土液化碎石桩加固桩-土-桥梁结构易损性地震风险性

考虑流固耦合效应的土体非线性动力本构模型及其三维数值实现

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岩土工程学报 2023年第12期45卷 2634-2640页

作者：白笑笑张慧洋王秋哲赵凯鹿庆蕊庄海洋陈国兴南京工业大学岩土工程研究所江苏南京210009 江苏省土木工程防震技术研究中心江苏南京210009

波浪作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应,即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用,瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。现有Masing型非线性动力本构模型未能完全考虑该流固耦合效应。现将Daviden... 详细信息

波浪作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应,即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用,瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。现有Masing型非线性动力本构模型未能完全考虑该流固耦合效应。现将Davidenkov骨架曲线拓展至三维应力空间,采用“扩展Masing”法则构造土体应力–应变滞回曲线,基于Biot动力固结理论,将Byrne提出的剪切-体积应变耦合模型引入体积相容方程作为累积超孔压增长的源项,建立了一个可描述流固耦合效应的土体非线性动力本构模型。基于FLAC^(3D)计算平台实现了该本构模型的二次开发,通过与模型理论值对比保证了程序的计算精度,与土单元循环扭剪试验对比验证了该本构模拟土体动力流固耦合效应的可行性与合理性,为利用FLAC^(3D)进行海洋岩土工程的研究提供了有效手段。

关键词：波浪作用振荡与累积超孔压非线性动力本构循环软化砂土液化