海上风机筒型基础场地动力响应的试验及模拟研(7)
(2)
式中:为超静孔压;为有效竖向应力(有上部荷载时为自重应力+附加应力).
图9~11中显示了不同深度孔压比的时程曲线,图9为3种模型在自由场不同深度处的超静孔压比时程曲线,3种模型的时程曲线近似重合.通过对比可知,在深度5.0m范围超静孔压比接近1,砂土地基已经达到液化状态,超静孔压比随深度的增加而减小.图10为3种模型在筒周不同深度处的超静孔压比时程曲线,通过与图8对比发现在液化深度影响范围内3种模型均未达到完全液化状态,这是因为桩土之间的摩擦力和基底的附加应力提高了土体的竖向应力,提高了桩侧土体抵抗液化的性能.但同时3种模型的抗震性能在路径2(见图12)上发生了差异,随着高径比的增加,桩侧土体的抗震性能变差而且这种差异会随着深度的增加而消失;图11为3种模型在筒下不同深度处的超静孔压比时程曲线,通过对比发现其与桩侧土体的变化规律类似,在筒内随着桩径比的增大,相同深度的土体的液化趋势更明显,加大筒高不会提高筒内土体的抵抗液化的性能反而会使之降低;对比可知,筒基底部附近的土体抵抗液化的能力会提升,通过对比显示模型4土体超静孔压比>模型3土体超静孔压比>模型2土体超静孔压比.对比图9~11可发现,3种模型在深度12.5m处的超静孔压比一直没有出现过大差异,说明相同上部重量的筒形基础改变桩径比不会对较深处土体的抗液化性能有显著影响.
为了解超静孔压比随深度的变化趋势,将各模型孔压比峰值在沿不同深度路径的变化趋势列于图12.在路径1上超静孔压比先维持一个稳定数值1,表明地基发生了液化,之后随着深度的增加数值变小;路径2上超静孔压比随深度的增加呈现先增大后减小的变化,在深度8m时达到峰值;在路径3上超静孔压比的变化趋势比较复杂,将其分为3个阶段. 阶段1,在筒内超静孔压比随深度的增加而减小,出现了与较深处自由场变化规律相同的现象,这是因为筒内排水路径较长、附加应力较大并且没有扩散,这与自由场土体较深处的受力情况类似;阶段2,在离开筒之后超静孔压比在一段深度内随深度的增加而增大的现象,与自由场土体超静孔压比变化规律相反,这与刘润等[14]通过离心机振动台试验发现的模型筒下土体的超静孔压比随埋深的增加而增大的规律是一致的;阶段3,随着埋深的继续增加,超静孔压比随深度的增加而减小.高径比的增加使得阶段2的持续深度越来越小.这是因为大的高径比筒基底部土体应力较大,附加应力产生的影响相对较小.
图9?自由场不同深度孔压比时程曲线Fig.9?Time histories of excess pore-pressure ratio in free field
图10?筒周不同深度孔压比时程曲线Fig.10 Time histories of excess pore-pressure ratio near the bucket
图11?筒下不同深度孔压比时程典线Fig.11 Time histories of excess pore-pressure ratio under the bucket
比较3种模型,发现模型2对提高地基的液化性能高于其他两种模型,说明在不增加风机上部载荷的情况下,增大高径比会降低地基抵抗液化的性能.由于桩侧土体作用和附加应力的影响在筒周也发现类似的规律,但其受影响程度小于筒下,所以超静孔压比变化特征介于自由场和筒下之间.综上所述,在地震载荷作用下,筒形基础能够有效加强土体的抗液化能力,不同高径比的筒基表现出不同的液化规律.增大高径比会减弱土体的抗液化能力,但是总的来说,3种模型相同位置处的超静孔压比时程差别较小,对比刘润等[14]的试验结果发现高径比对土体液化的影响不如自重那么明显.
图12?超静孔压比随深度的变化Fig.12?Variation of excess pore-pressure ratio with depth
4?结?论
(1) 相对单桩基础,筒形基础的埋深较浅,抗倾覆能力较差,其中矮胖型的筒形基础抗倾覆能力最弱,增大高径比可以有效提升筒基的抗倾覆能力.然而,当高径比超过0.8时提升效果不再明显,对于荷载一定的筒形基础存在一个合适的高径比.
(2) 地震荷载作用下,由于土体弱化发生沉降,筒形基础内的孔压累积上升较大,对相同深度的土体来说,模型筒内部的孔压>模型筒外部的孔压,模型筒内部孔压的消散速度较慢,筒形基础限制了筒内孔压的消散.
(3) 基于超静孔压比对土体的液化进行了判别,发现自由场和筒基内上部土体发生液化.对于同一深度的土层,筒下土体超静孔压比<筒周土体超静孔压比<自由场土体超静孔压比;在受附加应力影响的区域内,随着高径比的增大超静孔压比变大.说明桩土界面的摩擦力和筒基底部的附加应力可以提高土体的抗液化能力,高径比的增大会减弱土体的抗液化能力.
文章来源:《世界地震工程》 网址: http://www.sjdzgczz.cn/qikandaodu/2021/0727/513.html