基于振动台试验对不同桩体加固的液化土横向动力特性试验研究方案浅析.doc

基于振动台试验对不同桩体加固的液化土横向动力特性试验研究方案 1 试验目的 砂土液化问题一直是国内外学者研究的热点，这一问题直接关系到我们生产生活的诸多领域，比如民用建筑，工业建筑，水利工程，道路工程，桥梁工程等等均涉及到可液化地基的处理。因此，进一步研究砂土液化机理，进而寻求更有效的处理方法一直是很多学者追求的目标。从目前的研究成果来看，碎石桩加固法仍然是处理可液化地基最有效的方法，由于其有效的排水效果与挤密作用，而且施工简单方便，造价低廉，被工程界所认可；但是碎石桩加固方式在提高地基承载力方面还有欠缺。水泥土桩多用于处理软土地基，由于其能够有效地提高地基承载力和减少地基不均匀沉降，实际工程中也有用来加固液化土地基，但加固机理的研究比较少。基于碎石桩和水泥土桩各自具有的优点，考虑将这两种桩体结合，各自发挥其优势，以便更好地提高地基的抗液化能力。 为进一步研究这两种桩体的加固机理，本文从液化土加固地基模型的横向动力响应方面入手，设置六组模型，分别对它们进行振动台试验，得出各组模型在振动过程中的孔隙水压力、土压力以及土层加速度时程曲线，分析它们的变化规律和内在联系，为实际工程的应用提供一定的指导。 2 试验设备概述 本次运用振动台进行试验，设置六组模型，即未加固地基、单根碎石桩加固地基、 单根水泥土桩加固地基、四根碎石桩加固地基、四根水泥土桩加固地基、碎石桩与水泥 土桩复合加固地基，在试验过程中分别记录其振动过程中的宏观现象并采集其试验数 据，然后对试验数据进行统计、对比和分析，探讨液化土在不同加固方式下、不同埋深 处的孔隙水压力、土压力以及土层加速度的变化规律，主要工作及研究内容包括： （1） 试验用砂的选用及处理； （2） 振动台设备与数据采集设备的操作学习，地震波的输入； （3） 试验方案及参数设计，包括试验时砂土的干密度，饱和度，桩体长度，桩间 距等。 （4） 模型箱的制作，注意边界条件的处理方法以及装土方法； （5） 传感器的选用及布置； （6） 水泥土桩的制作，包括模具制作，配合比设计，养护条件等； （7） 碎石桩的制作，包括颗粒级配，制作方法； （8） 试验所用六组加固地基模型的制作，分别为未加固模型、单根碎石桩加固模型、单根水泥土桩加固模型、四根碎石桩加固模型、四根水泥土桩加固模型 和碎石桩与水泥土桩复合加固模型； （9） 分别记录各组模型在振动过程中的宏观现象，并采集不同加固方式下、不同 埋深处的孔隙水压力、土压力以及土层加速度的试验数据； （10） 通过对试验数据统计、整理及对比分析，探讨液化土地基在不同加固方式下、 不同埋深处的孔隙水压力、土压力以及土层加速度的变化规律，进一步揭示 其液化土不同加固模式的效果及加固机理。 2.1 振动台试验模型与参数设计 2.1.1未加固地基模型的近似相似关系的确定 因受试验条件的限制，本次试验输入单向水平地震动力，此时可以考虑为近似的平 面应变问题，在不考虑阻尼的情况下，可以认为土体在做一维纯剪切运动，剪切运动方 程如下： 式中： ρ—材料容重；G —剪切模量；u —位移；a —加速度；t —时间 假设原型与模型各变量之比为： 式中：下标ρ—原型物理量；下标 m—模型物理量。 则原型与模型的运动方程分别为： 原型与模型变量的比值，用模型及其变量和比值将原型替换，得到如下公式： 由于需满足原型与模型相似这一条件，可以得到如下关系式： 如果要考虑弹性变形的话，那么，土体剪切模量与其上覆有效平均正应力应有如下 关系： 上式中 n1取值 1/2，则可得： 因为现有试验条件受到了限制，无法找到与原有土体相同的模拟材料来进行，所以 可取： 最后，可得到模型与原型的频率关系，即： 需要注意的是，上述推导过程没有考虑的因素是：土体的竖向运动，土体的竖向应 力变化情况以及土体的非线性，因此本试验只能按照近似半定性的关系进行。 2.1.2地震模拟信号的确定 为了使模型试验能够与原型尽可能吻合，保证试验结果的精确性和可靠性，在确定 地震模拟信号时一定要慎重；如果输入的地震模拟信号选取不合适，必然影响最终的试验结果，当与实际情况作比较时，有可能出现误差大的情况甚至可能会得到不正确的结论，以至于影响我们对试验结果的判断与分析，以及对实际情况产生不正确的认识。 确定地震模拟信号，首先要明确需要考虑的因素，比如当地的抗震设防烈度，场地 类别以及地震加速度等。实际地震过程中，由于各地区环境条件、地质条件均复杂多变，影响因素多而复杂，相应的地震时程曲线就很复杂，很难直接得到场地基岩的地震加速度时程曲线。但是，其时程曲线可以通过三个主要参数来表示，即主要周期、震动历时和最大加速度。另外，根据现有资料和经验公式，也可以对具有相似地质条件的场地基岩的加速度时程曲线进行适当的调整，进而推导出该