桩基在强震所致液化场地中的破坏过程

1、阅读报告桩基在强震所致液化场地中的破坏过程阅读报告杨洪磊 20021500551955年1月17日凌晨，日本兵库县南部发生了 7.2级振幅的大地震并且地 震的中心在都市区。此次地震造成严重的损失，以沿海地区为中心的大范围地区 发生了液化现象，并且海湾设施的岸壁遭到严重损害，地基出现水平流动现象， 直接损失达100000亿日元。许多学者研究了预制桩在液化场地中损伤的原因和过程，然而迄今为止很少 有基于现场钢管桩分析其在液化场地中产生破坏的原因和破坏过程的研究。S. Miwa等人以兵库县地震为背景，通过对钢管桩应用多种集总质弹模型进行桩 土结构相互作用分析其损伤的原因和过程，然后与实地详勘的数据进

2、行对比，结 果两者拟合得较好。S. Miwa等人通过分析发现，在土体液化之前，在强震的主 相到达第三波峰的早期时区内上部结构的钢筋混凝土柱和桩基础的顶部出现损 伤，这说明混凝土柱与钢管桩顶部的损伤主要由上部结构的惯性力引起的与液化 关系不大。另外，在土体液化钱即在超孔隙水压力积累过程中，钢管桩大部发生 损伤。当土体发生液化后，由于液化引起的土体水平位移使钢管桩桩发生了残余 变形。S. Miwa等人的研究的创新之处主要有三点。首先，之前有许多学者研究了 桩基础在液化场地中的损伤原因及过程，但大部分是针对预制桩而言的，S. Miwa 等人对钢管桩在液化场地中的损伤过程进行了详细的研究。其次，S.

3、Miwa等人 建立了多种集总质弹模型，并通过有限元分析了进行桩土结构相互作用，最终得 出钢管桩损伤的原因和过程。最后，S. Miwa等人将时间作为一个变量考虑了进 去，得出钢管桩损伤过程与时间的关系。近几年，随着自然灾害的频繁发生，液 化现象得到了许多学者的重视，液化导致土颗粒失去承载上部荷载的能力，使建 筑物发生沉陷或倾覆，容易对建筑物造成严重损害。因此研究液化时建筑物的基 础的破坏过程十分重要。S. Miwa等人的研究为后来学者研究液化土体中基础损 伤过程指出了一种新的研究方法，为以后研究桩基础在液化场地中损伤过程起了 推动作用。另外，S. Miwa等人的研究为设计桩基础尤其是钢管桩在考虑

4、地震因素时提供了理论依据。文献翻译桩基在强震所致液化场地中的破坏过程1摘要1955年日本兵库县南部发生的地震致使大部分的填海造陆地区发生液化。 此外，液化引起地面沿水平方向发生很大位移进而导致建筑物基础发生严重的破 坏。然而，迄今为止很少有基于现场钢管桩分析其在液化场地中产生破坏的原因 和破坏过程的研究。作者通过对钢管桩应用多种集总质弹模型进行桩土结构相互 作用分析来探讨其损伤的原因和过程。损伤过程中的时域分析与实地详勘结果对 应的较好。结果发现，在地震引起的水平位移发生之前，由于液化导致的大变形 和由于超孔隙水压力富集引起的位移时桩基础产生一个大的弯矩，这个弯矩超出 了基础最大弯矩承载力。2

5、引言日本兵库县南部发生的地震致使大部分的填海造陆地区发生液化。此外，液 化引起的大范围的地面位移对建筑物的桩基础造成了严重的损害。许多损坏的混 凝土预制桩都已经被调查分析，但是迄今为止却很少有对钢管桩的详尽调查。有 学者已经做过了港口设施、码头基于现场调查的有限元分析。根据学者的调查，损伤发生在桩顶，并且在液化土体中出现了桩体大变形和 失效的情况。然而，由于因强震所致的液化进而引起的最大地表位移的出现于强 震的主相是延后的，所以桩基础是何时发生损伤的还不是很明确。这篇文章的目 的就是为了阐明桩基础特别钢管桩在液化场地中的破坏过程。作者运用多种集总质弹模型进行桩土结构相互作用分析以及运用基于温克

6、 勒弹簧模型建立的桩基础模型进行静态分析，目的是阐明在兵库南部县发生地震 引起得液化场中钢管桩的破坏行为。米瓦等人对卡特等人的损伤建筑物调查结果 进行了分析，这个分析定量的阐明了在强震过程中钢管桩发生损伤的原因、过程 和时间历史的关系，因此这个分析更加详细。土体的有效应力分析以及基于多种集总质弹模型进行的桩土结构相互作用 分析都表明上部结构的钢筋混凝土柱和桩基础的顶部的损伤出现在强震的主相 到达第三波峰的早期时区内，这个时区在土体发生液化之前。此时的超孔隙水压 力相当高，土体几乎要发生液化，桩基础损伤也发生在这个时区内。基于从调查 得到的地面残余位移数据建立的了克勒弹簧桩基模型，对这个模型进行

7、的静态分 析解释了桩基础的残余变形。3结论对于在1955年日本兵库县南部发生地震中破坏的钢管桩，我们建立了一个 考虑了液化影响的桩土结构相互作用模型进行分析。为了检验在这个时域内损伤 产生的原因和过程是否符合实际，我们将结果将实地勘察结果进行了对比。结果 如下：（1）损伤的过程包括：首先，在土体液化之前，在强震的主相到达第三波 峰的早期时区内上部结构的钢筋混凝土柱和桩基础的顶部出现损伤。因为在这个 时区内，上部结构的损伤值达到最大值，然而这时候超孔隙水压力比还小于0.5, 并且地面位移很小。因此可以得出损伤主要由上部结构的惯性力引起的与液化关 系不大。（2）在基础遭受第一次损伤2.5s后，随着

8、超孔隙水压力的增加，土体发生 了大变形，导致超过极限塑性弯矩的极大弯矩大约出现在了 GL-8m和GL-15m 时域内，并且这个时域也是液化的上限域和下限域。在液化之前，可液化土层中 的超孔隙水压力比迅速增加了 80%到90%。由此可以得出，虽然超孔隙水压力 很高并且土层也将近液化，但是桩基础的破坏发生在土体液化之前。（3）由于土体液化，距离勘察地址100m以外的码头墙壁发生了水平移动， 因此土体水平移动影响的范围也包括这个地方。液化之后由其引起的水平位移导 致桩基础发生残余变形。对基于从调查得到的地面残余位移数据建立的克勒弹簧 桩基模型进行静态分析，最终很好解释了桩基础的这种残余变形。（4）现场实测结果很好的