饱和黄土地基中CFG桩复合地基抗震研究

摘要

近年来对震害实例的调查研究和室内初步试验研究表明，饱和黄土甚至高含水量的黄土具有很大的液化势，目前国内对这方面的研究资料较少，相关的研究主要涉及美国、日本、前苏联。随着经济的发展，我国饱和黄土地区的建筑物结构会越来越多，因而对饱和黄土地基的抗震技术进行研究，通过工程措施提高抗震性能对我国黄土地区的抗震减灾具有重要的现实意义。 本文以饱和黄土CFG桩复合地基工程为背景开展研究，目的在于确定复合地基承载力是否达到设计要求，以及在地震荷载下复合地基的抗震性能。 首先介绍了饱和黄土抗震研究的现状。在相同地震动荷载作用下，与饱和砂土、饱和粉土相比，饱和黄土液化的可能性更大。总结了饱和黄土的液化机理，孔压增长规律、液化标准，以及饱和黄土液化的工程判别方法。通过分析，内蒙古薛家湾饱和黄土场地在地震荷载作用下存在液化可能。介绍了CFG桩的加固机理、工程特性，并通过现场静载试验方法确定CFG桩复合地基承载力。 其次，介绍了桩—土有效应力动力分析的方法以及研究的现状。有限单元法相对成熟，可以进行非线性分析和实体分析，可以很好地考虑桩基和土体之间的接触状态非线性，可以方便地分析各种力学参数对桩—土动力作用体系的影响。因此对通用有限元程序ADINA建模的方法进行了探讨，主要包括粘—弹性人工边界的施加、阻尼模型的选择、桩土作用界面上状态非线性的模拟等。 根据有限元理论和上述的建模方法建立有限元实体模型，其计算内容包括以下几个部分：静力作用下桩身应力、应变及持力层所受压力；单桩复合体系的模态分析；单桩复合体系孔压比动力响应，判断饱和黄土层是否发生液化；CFG桩身应力应变动力响应；CFG桩复合地基不考虑孔隙水压力时桩身动力响应，以此研究饱和黄土CFG桩复合地基承载性质的特殊性。 对上述计算结果进行分析得出如下结论：通过静载实验饱和黄土CFG桩复合地基承载力满足设计值。通过动力分析饱和黄土在加速度幅值为0．2gELcentro地震波作用下会发生液化，桩体在承载过程中，桩头和桩底处有应力集中，桩身出现拉应力，但是并未达到桩身混凝土的破坏标准。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2地震液化研究现状

1.3地震液化机理

1.4饱和黄土抗震研究

1.5 CFG桩复合地基

1.6选题背景与意义

1.6.1选题背景及意义

1.6.2本文的主要内容

第2章饱和黄土的工程特性

2.1黄土的分布及基本特征

2.2饱和黄土的工程性质

2.3黄土的动力特性

2.3.1黄土动力特性的分类

2.3.2黄土的动本构关系

2.3.3黄土的动强度与液化机理

2.3.4黄土的动变形

2.3.5加荷方式对黄土动力特性的影响

2.3.6黄土液化的工程判别指标与方法

2.3.7饱和黄土孔压增长模式

2.3.8饱和黄土液化的孔压标准

第3章饱和黄土CFG桩复合地基承载性质

3.1 CFG桩加固地基的机理

3.1.1 CFG桩复合地基各部分的作用

3.1.2 CFG桩对松散砂土、粉土地层的加固机理

3.1.3 CFG桩的复合地基的工程特性

3.2 CFG桩的复合地基的破坏模式及极限承载力的确定方法

3.2.1复合地基的破坏模式

3.2.2 CFG桩的复合地基的极限承载力的计算方法

3.3 CFG桩复合地基承载力静载试验

3.3.1实验概况

3.3.2单桩静载实验

3.3.3单桩复合静载实验

第4章有限元模型的建立

4.1动力分析方法理论

4.1.1动力平衡方程的建立方法

4.1.2动荷载列阵

4.1.3单元运动微分方程

4.1.4质量矩阵

4.1.5阻尼矩阵

4.1.6应变矩阵

4.1.7应力-应变关系

4.1.8动力平衡方程的求解

4.1.9非线性动力分析理论

4.2有效应力分析方法理论

4.2.1有效应力方法概述

4.2.2有效应力分析基本方程

4.3土体本构模型的选择

4.4边界条件的处理

4.5地震波的选取

4.6单元网格划分及合理计算宽度的确定

4.7桩土接触有限元模拟

第5章有限元模拟CFG桩复合地基地震反应

5.1概述

5.2模型介绍

5.3静载分析

5.4模态分析

5.5动力有效应力计算结果分析

5.5.1孔压响应

5.5.2饱和黄土液化层厚度确定

5.5.3桩基动力响应

5.5.4不考虑孔隙水压力情况下桩基动力响应

5.6本章小结

第6章结论和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

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