樁基在強(qiáng)震所致液化場(chǎng)地中的破壞過程

1、閱讀報(bào)告樁基在強(qiáng)震所致液化場(chǎng)地中的破壞過程閱讀報(bào)告楊洪磊 20021500551955年1月17日凌晨，日本兵庫(kù)縣南部發(fā)生了 7.2級(jí)振幅的大地震并且地 震的中心在都市區(qū)。此次地震造成嚴(yán)重的損失，以沿海地區(qū)為中心的大范圍地區(qū) 發(fā)生了液化現(xiàn)象，并且海灣設(shè)施的岸壁遭到嚴(yán)重?fù)p害，地基出現(xiàn)水平流動(dòng)現(xiàn)象， 直接損失達(dá)100000億日元。許多學(xué)者研究了預(yù)制樁在液化場(chǎng)地中損傷的原因和過程，然而迄今為止很少 有基于現(xiàn)場(chǎng)鋼管樁分析其在液化場(chǎng)地中產(chǎn)生破壞的原因和破壞過程的研究。S. Miwa等人以兵庫(kù)縣地震為背景，通過對(duì)鋼管樁應(yīng)用多種集總質(zhì)彈模型進(jìn)行樁 土結(jié)構(gòu)相互作用分析其損傷的原因和過程，然后與實(shí)地詳勘的數(shù)據(jù)進(jìn)

2、行對(duì)比，結(jié) 果兩者擬合得較好。S. Miwa等人通過分析發(fā)現(xiàn)，在土體液化之前，在強(qiáng)震的主 相到達(dá)第三波峰的早期時(shí)區(qū)內(nèi)上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土柱和樁基礎(chǔ)的頂部出現(xiàn)損 傷，這說明混凝土柱與鋼管樁頂部的損傷主要由上部結(jié)構(gòu)的慣性力引起的與液化 關(guān)系不大。另外，在土體液化錢即在超孔隙水壓力積累過程中，鋼管樁大部發(fā)生 損傷。當(dāng)土體發(fā)生液化后，由于液化引起的土體水平位移使鋼管樁樁發(fā)生了殘余 變形。S. Miwa等人的研究的創(chuàng)新之處主要有三點(diǎn)。首先，之前有許多學(xué)者研究了 樁基礎(chǔ)在液化場(chǎng)地中的損傷原因及過程，但大部分是針對(duì)預(yù)制樁而言的，S. Miwa 等人對(duì)鋼管樁在液化場(chǎng)地中的損傷過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。其次，S.

3、Miwa等人 建立了多種集總質(zhì)彈模型，并通過有限元分析了進(jìn)行樁土結(jié)構(gòu)相互作用，最終得 出鋼管樁損傷的原因和過程。最后，S. Miwa等人將時(shí)間作為一個(gè)變量考慮了進(jìn) 去，得出鋼管樁損傷過程與時(shí)間的關(guān)系。近幾年，隨著自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，液 化現(xiàn)象得到了許多學(xué)者的重視，液化導(dǎo)致土顆粒失去承載上部荷載的能力，使建 筑物發(fā)生沉陷或傾覆，容易對(duì)建筑物造成嚴(yán)重?fù)p害。因此研究液化時(shí)建筑物的基 礎(chǔ)的破壞過程十分重要。S. Miwa等人的研究為后來學(xué)者研究液化土體中基礎(chǔ)損 傷過程指出了一種新的研究方法，為以后研究樁基礎(chǔ)在液化場(chǎng)地中損傷過程起了 推動(dòng)作用。另外，S. Miwa等人的研究為設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)尤其是鋼管樁在考慮

4、地震因素時(shí)提供了理論依據(jù)。文獻(xiàn)翻譯樁基在強(qiáng)震所致液化場(chǎng)地中的破壞過程1摘要1955年日本兵庫(kù)縣南部發(fā)生的地震致使大部分的填海造陸地區(qū)發(fā)生液化。 此外，液化引起地面沿水平方向發(fā)生很大位移進(jìn)而導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)發(fā)生嚴(yán)重的破 壞。然而，迄今為止很少有基于現(xiàn)場(chǎng)鋼管樁分析其在液化場(chǎng)地中產(chǎn)生破壞的原因 和破壞過程的研究。作者通過對(duì)鋼管樁應(yīng)用多種集總質(zhì)彈模型進(jìn)行樁土結(jié)構(gòu)相互 作用分析來探討其損傷的原因和過程。損傷過程中的時(shí)域分析與實(shí)地詳勘結(jié)果對(duì) 應(yīng)的較好。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在地震引起的水平位移發(fā)生之前，由于液化導(dǎo)致的大變形 和由于超孔隙水壓力富集引起的位移時(shí)樁基礎(chǔ)產(chǎn)生一個(gè)大的彎矩，這個(gè)彎矩超出 了基礎(chǔ)最大彎矩承載力。2

5、引言日本兵庫(kù)縣南部發(fā)生的地震致使大部分的填海造陸地區(qū)發(fā)生液化。此外，液 化引起的大范圍的地面位移對(duì)建筑物的樁基礎(chǔ)造成了嚴(yán)重的損害。許多損壞的混 凝土預(yù)制樁都已經(jīng)被調(diào)查分析，但是迄今為止卻很少有對(duì)鋼管樁的詳盡調(diào)查。有 學(xué)者已經(jīng)做過了港口設(shè)施、碼頭基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的有限元分析。根據(jù)學(xué)者的調(diào)查，損傷發(fā)生在樁頂，并且在液化土體中出現(xiàn)了樁體大變形和 失效的情況。然而，由于因強(qiáng)震所致的液化進(jìn)而引起的最大地表位移的出現(xiàn)于強(qiáng) 震的主相是延后的，所以樁基礎(chǔ)是何時(shí)發(fā)生損傷的還不是很明確。這篇文章的目 的就是為了闡明樁基礎(chǔ)特別鋼管樁在液化場(chǎng)地中的破壞過程。作者運(yùn)用多種集總質(zhì)彈模型進(jìn)行樁土結(jié)構(gòu)相互作用分析以及運(yùn)用基于溫克

6、 勒彈簧模型建立的樁基礎(chǔ)模型進(jìn)行靜態(tài)分析，目的是闡明在兵庫(kù)南部縣發(fā)生地震 引起得液化場(chǎng)中鋼管樁的破壞行為。米瓦等人對(duì)卡特等人的損傷建筑物調(diào)查結(jié)果 進(jìn)行了分析，這個(gè)分析定量的闡明了在強(qiáng)震過程中鋼管樁發(fā)生損傷的原因、過程 和時(shí)間歷史的關(guān)系，因此這個(gè)分析更加詳細(xì)。土體的有效應(yīng)力分析以及基于多種集總質(zhì)彈模型進(jìn)行的樁土結(jié)構(gòu)相互作用 分析都表明上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土柱和樁基礎(chǔ)的頂部的損傷出現(xiàn)在強(qiáng)震的主相 到達(dá)第三波峰的早期時(shí)區(qū)內(nèi)，這個(gè)時(shí)區(qū)在土體發(fā)生液化之前。此時(shí)的超孔隙水壓 力相當(dāng)高，土體幾乎要發(fā)生液化，樁基礎(chǔ)損傷也發(fā)生在這個(gè)時(shí)區(qū)內(nèi)?；趶恼{(diào)查 得到的地面殘余位移數(shù)據(jù)建立的了克勒彈簧樁基模型，對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行

7、的靜態(tài)分 析解釋了樁基礎(chǔ)的殘余變形。3結(jié)論對(duì)于在1955年日本兵庫(kù)縣南部發(fā)生地震中破壞的鋼管樁，我們建立了一個(gè) 考慮了液化影響的樁土結(jié)構(gòu)相互作用模型進(jìn)行分析。為了檢驗(yàn)在這個(gè)時(shí)域內(nèi)損傷 產(chǎn)生的原因和過程是否符合實(shí)際，我們將結(jié)果將實(shí)地勘察結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果 如下：（1）損傷的過程包括：首先，在土體液化之前，在強(qiáng)震的主相到達(dá)第三波 峰的早期時(shí)區(qū)內(nèi)上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土柱和樁基礎(chǔ)的頂部出現(xiàn)損傷。因?yàn)樵谶@個(gè) 時(shí)區(qū)內(nèi)，上部結(jié)構(gòu)的損傷值達(dá)到最大值，然而這時(shí)候超孔隙水壓力比還小于0.5, 并且地面位移很小。因此可以得出損傷主要由上部結(jié)構(gòu)的慣性力引起的與液化關(guān) 系不大。（2）在基礎(chǔ)遭受第一次損傷2.5s后，隨著

8、超孔隙水壓力的增加，土體發(fā)生 了大變形，導(dǎo)致超過極限塑性彎矩的極大彎矩大約出現(xiàn)在了 GL-8m和GL-15m 時(shí)域內(nèi)，并且這個(gè)時(shí)域也是液化的上限域和下限域。在液化之前，可液化土層中 的超孔隙水壓力比迅速增加了 80%到90%。由此可以得出，雖然超孔隙水壓力 很高并且土層也將近液化，但是樁基礎(chǔ)的破壞發(fā)生在土體液化之前。（3）由于土體液化，距離勘察地址100m以外的碼頭墻壁發(fā)生了水平移動(dòng)， 因此土體水平移動(dòng)影響的范圍也包括這個(gè)地方。液化之后由其引起的水平位移導(dǎo) 致樁基礎(chǔ)發(fā)生殘余變形。對(duì)基于從調(diào)查得到的地面殘余位移數(shù)據(jù)建立的克勒彈簧 樁基模型進(jìn)行靜態(tài)分析，最終很好解釋了樁基礎(chǔ)的這種殘余變形。（4）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果很好的