可液化土中群桩作用的室内模型试验

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近年来,全球范围内地震灾害频发,造成了大量的人员伤亡和人民财产的损失。地震中房倒屋塌、桥梁断裂、公路损毁等等这些破坏现象使人们越来越重视各种建(构)筑物的抗震性能。地震灾害中的一个常见现象就是土体液化,人们对土体液化早已开始进行研究并取得了一些成果。在工程领域,桩基础因为土体液化而丧失承载力是一种常见地震破坏现象。目前,桩基础抗震设计理论明显落后于实际工程的需要,尤其在抗液化设计方面,还没有找到适合实际工程的设计方法。对于该方面的研究主要集中于室内试验和数值模拟,室内试验主要有动三轴试验、离心机试验和振动台试验等,且很大程度上依赖于静力条件下的理论和经验。对液化时桩-土在动力作用下的研究目前仍不够深入。在对国内外相关研究学习和总结的基础上,本文依托山西省攻关项目(地震荷载作用下桩和土体共同作用的试验研究),开展了一系列饱和砂土液化地基中群桩作用的室内振动台模型试验。通过模型振动台试验,研究不同桩间距条件下桩基础对饱和砂土地基液化性能的改善作用,以及振动过程中基桩端阻力的变化情况。结果表明:1.天然地基,在振动开始至土体全面液化过程中,深度越大,超静孔隙水压力越大。同一时刻,孔压比随深度的增大而减小,孔压比达到0.8(土体开始液化)和1(土体完全液化)所用时间随深度的增加而延长。液化区域首先出现在浅层土中,随振动时间增长向下扩展,最后导致整个土层液化。2.3D(D为桩直径)桩间距群桩基础处理过的饱和砂土,在振动开始后约12—15s,各层土的超静孔隙水压力开始逐渐增大,孔压比也随之增大。-5cm,-30cm,-50cm处土体开始液化的时间,比自然场地分别晚10s、9s、10s,完全液化的时间分别晚11s,9s,13s。说明3D桩间距群桩基础对饱和砂土有一定的加固作用,延缓其振动液化的发生。3.3.5D桩间距群桩基础处理过的饱和砂土,-5cm,-30cm,-50cm处土体开始液化的时间,比自然场地分别晚4s、2s、3s,完全液化的时间分别晚5s,3s,5s。4D桩间距群桩基础处理过的饱和砂土,-5cm,-30Cmm,-50cm处土体开始液化的时间,比自然场地分别晚2s、1s、1s,完全液化的时问分别晚4s,1s,3s。说明3.5D、4D桩间距群桩基础对饱和砂土也具有一定的加固作用,但是加固效果不如3D桩间距时那么显著。4.将群桩基础各基桩分为中桩、边桩①、边桩②、角桩4种,四种桩在振动过程中,桩底端阻力的变化呈现一定的规律性,中桩初始阶段增长较慢,之后增长速率逐渐加快;角桩则正好相反,而边桩的变化规律介于两者之间。
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