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随着国民经济的迅速发展,桩基础逐渐成为应用最广泛的一种基础形式。近年来对地震作用下位于饱和砂土中的桩基性能的研究已经成为岩土地震工程领域的一个热点课题。通过对以往多次地震灾害的调查和总结,发现位于可液化土层中的桩基础在地震作用下极易遭受严重破坏。采取有效的措施可降低土体液化的可能性,减小其带来的破坏程度,其中设置良好的排水路径是其主要途径之一。本文介绍了刚性排水桩这种新技术,并对其抗液化性状展开了研究,完成的工作如下:
(1)回顾了近年来对地震作用下位于液化土层中的桩基性能研究的进展,探讨了液化土层中桩基破坏的原因:在地震过程中随着孔隙水压力的上升,有效应力降低,导致土体模量和强度降低,液化土层的侧阻和横向抗力有所折减,在一定条件下桩体在液化土体和上部结构体系惯性力的共同作用下发生变形甚至破坏。
(2)基于刚性排水桩技术开展了模型桩的小型振动台试验,研究刚性排水桩工况及普通桩工况下土体中超孔隙水压力的发展规律。试验数据表明:在排水桩工况下,桩周土体的超孔隙水压力峰值及峰值后消散阶段的超孔隙水压力远低于其它位置处。与普通桩工况相比较,距刚性排水桩一定范围内土体的超孔隙水压力的峰值远低于普通桩工况并可有效地进行消散。
(3)采用岩土工程专业软件FLAC<3D>进行数值模拟,建立了位于可液化土层中的刚性排水桩和普通桩模型,对两种桩各自工况下土体中的超孔隙水压力、有效应力、超孔压比等响应进行了分析,研究表明:排水桩工况下,桩身附近土体的超孔压比峰值较小且在达到峰值后有明显的下降趋势。桩周土体的孔压分布曾漏斗状,渗流矢量指向桩体,土体保持有一定的有效应力和强度;普通桩工况下,土体的超孔压比基本保持在1.0,有效应力丧失,土体处于液化状态。
(4)通过振动台试验与数值模拟计算的比较,发现两者在土体超孔隙水压力发展和分布的主要规律方面表现一致,即动力作用下,刚性排水桩可有效地降低桩周一定范围内土体的超孔压比峰值,并且在峰值后存在明显的消散超孔隙水压力的作用,有效地维持了土体的有效应力和强度,大大降低了液化发生的可能性,体现出有效防止砂土液化的性能。