《饱和砂土地基中地下管线的振动台试验数值模拟分析.》.pdf

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维普资讯 水 利 学 报 2004年 12月 SHUIU XUEBAO 第 12期 文章编号:0559—9350(2004)12一O112—08 饱和砂土地基 中地下管线的振动台试验数值模拟分析 邹德高,孔宪京,娄树莲,张涛 (大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 ,辽宁 大连 116024) 摘要 :本文采用有效应力有限元方法对饱和砂土地基中的地下管线振动台模型试验进行了数值模拟.该方法以广 义 Biot固结原理为基础 ,采用了双曲线的应力应变关系和Seed提出的孔压模型 ,通过将预测的超孔隙水压力 、排水 措施的抗上浮效果与试验结果进行 比较 ,结果表明,有效应力分析方法可以较好地模拟管线周围地基中超孔 隙水 压力增长和消散过程 、评价管线的抗上浮能力 ,采用排水措施可提高管线的抗上浮安全系数。 关键词:地下管线 ;有效应力;排水措施 ;上浮 ;模型试验 中图分类号:11』411.8 文献标识码:A 地震会对地下管线造成很大的破坏 J,地震中,大量的管线上浮和弯 曲 ,这主要是 由于在地震荷 载的作用下 ,土体中超孑L隙水压力逐渐增大,管线上方及其周围填土的有效应力逐渐减小,抗剪强度降 低 ,致使管线的浮力足以使其上浮引起破坏。为了研究管线上浮的破坏机理以及发展有效的加固措施 , 研究者们进行了一系列大型振动台模型试验 和离心振动台模型试验 ,得出了一些有意义的结论。 振动模型试验有助于理解可液化土中管线的反应特性,但与数值分析相比,花费很大,因而管线的上浮 反应数值分析在工程中变得越来越重要。Wang_8等采用非线性弹性方法分析管线的上浮,林均岐 ’等 采用非线性有限元分析液化场地土中埋设管线的上浮反应,这些研究大多是将土假定为弹簧,没有考虑 土体孔隙水压力的增长所引起的变形模量和强度衰减 ,所以很难评价可液化土中管线上浮的危险性和 抗上浮措施的效果。近年来有的学者开始采用有效应力法对土工建筑物的地震反应进行了研究 , 这些研究表 明,有效应力分析方法是分析土液化 问题的有效途径 。本文采用有效应力分析方法 ,对振动 台试验进行模拟 ,研究管线上浮机理,并评价管线上浮危险性和抗上浮措施的效果。 1 有效应力分析方法 1.1 广义Biot动力固结有限元方程 广义Biot动力固结方程进行空间域离散 ,引入系统阻尼并写成矩 阵形式 ¨: +c+I d力一Q 一/”=0 (1) J “ ^ +Q 五+SP+磊p『一 :0 (2) 式中:M 为土体的质量矩阵;C为阻尼矩阵;Q为耦合矩阵; ¨为土体的荷载向量; ,为流体的质量矩 阵;S为流体的压缩矩阵;日为流体的渗透矩阵;/’为流体的荷载向量。 上述矩阵和向量的具体表达式见文献 [13],这里不再赘述。 在时间域内的离散可采用广义 Newmark~ (GNpj)… 。使用 GN22法求 五,使用GN11法求 ,在 + 收稿 日期:2004.07.27 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目 作者简介:邹德高(1973一),男 ,山东烟台人,博士生 ,讲师 ,主要从事岩土工程数值分析和试验技术方面的研究。 一 112 — 维普资讯 1时刻的物理量可用 n时刻的物理量表示 矗 =矗 +Ah 云 : +KAt+ AhAt= + 。△矗At (3) 五:五+△t+1矗△t2+吉卢:△麦△t2:--up+1

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