桩径对碎石土斜坡桩基地震响应的影响

桩径对碎石土斜坡桩基地震响应的影响

田,雨

工程技术创新有限公司华东设计院 江苏 徐州 221008

摘要：随着社会生产力的不断提高和科学技术的进步，该国大多数地区都实现了运输中心的现代化，在一些偏远山区，它们能够以透明的方式连接桥梁建设，因此需要确保桥梁支柱的稳定，而在这些偏远山区，桥梁支柱的稳定是必不可少的在此基础上，下文讨论了桩直径对碎石土边坡地震反应的影响——供参考。

关键词：桩径；碎石土斜坡；桩基地震响应；影响

引言

陡坡桥墩不仅承受桩顶的复杂载荷，而且还承受着具有非常复杂力的侧向倾斜楼板的推力。因此，其强度分析与传统防滑桩大不相同，其内力不允许直接应用防滑桩计算方法。分析高边坡桥梁桩的内力时，需要确认边坡潜在滑动面的位置，然后使用地层学、滑动面特征等因素确定滑动推力的大小及其分布。也可以通过调整现场监测的推力来计算大小和分布，最后用功率法建立桩内力和位移的平衡微分方程。

1桩基力学特性

为了精确分析桩的力学性能，桩顶部的结构分为弹性部分、带电部分和埋设部分。弹性部分主要承担传递的荷载，而带电部分承担主荷载功能、下降力和地面力，而埋设部分主要承担 横向载荷、模架弯矩和垂直载荷对模架产生不同程度的弯曲。 对于垂直载荷，将生成附加弯矩，从而增加模架的变形量。对于加载的零件，由于坡度的影响(通常称为坡度效果)，脚前部的阻力会大大减小。对于内嵌零件，增加内嵌深度不会显着影响桩的承载能力，即当内嵌深度达到一定范围时的内嵌深度效果。

2桩径对碎石土斜坡桩基地震响应的影响

2.1桩径对斜坡桩基内力影响

在不同基础埋深的条件下，桩身弯矩具有一定的差异性，桩身最大弯矩集中于地震作用时间的5~10s左右，出现桩身最大弯矩的地震作用时间与地震波峰值一致。桩身弯矩随埋深的增大呈波动趋势，无明显的上升或下降趋势，呈现先增后减的趋势。随着埋深的增大，桩身弯矩出现最大值，随后开始减小，当埋深最大时，有桩身弯矩最小值。说明在地震荷载作用下，桩身下部的桩身弯矩较小，地震荷载对其影响较小。这是由于存在斜坡坡度，会使得不同基础埋深的条件下，桩身弯矩具有一定的差异性，斜坡土体破坏与未破坏处桩产生桩身弯矩变化量较大，该处桩身弯矩有最大值。

2.2边坡侧压力与柱顶轴向载荷的组合效应分析

除了顶部垂直荷载之外，桩帽还受到边坡变形的压力，其荷载性质类似于被动滑块。在这种情况下，桩帽的工作变得更加复杂。在数值模拟中，可能难以模拟弱结构面。因此，在理论研究中，垂直连续载荷应用于升高的边坡，以模拟边坡下降时桥头堡的力。分析将根据桥梁所处的时间长度单独处理。桥梁施工过程中，有一个阶段未建造上部竖井。此时，如果桩帽所在的边坡移动，桩帽也会随之移动。力的形状类似于减震器。若要模拟滑动边坡所造成的压力，请在模型顶部设定400kPa的垂直连续负载，每个桩帽的弯矩基本相同，但后桩的最大正弯矩较大，因此后桩帽需要更多的支撑。

2.3桩径对斜坡桩基加速度影响

在桩身中心沿桩基埋深的变化，设置若干监测点，在不同基础埋深的条件下，桩身的加速度具有一定的一致性，桩身最大加速度集中于地震作用时间的5~10S左右，出现桩身最大加速度的地震作用时间与地震波峰值一致。曲线幅值与深度呈负相关关系，说明土层越深，地震波对桩身的影响越小。随着埋深的增大，桩身加速度出现最小值，当埋深最大时，有桩身加速度最小值。说明在地震荷载作用下，桩身下部的桩身加速度较小，地震荷载对其影响较小。

2.4对桩身加速度

在桩身中心沿深度方向每隔一定距离布设一个考查点，收集沿地震传播方向的水平向峰值加速度.水平场地中基底加速度与输入地震波幅值大致相同；桩基自下而上加速度变化不明显，桩顶靠近地面处的加速度也并未出现明显的放大效应.说明，密实碎石土水平场地对桩基础地震加速度反应并不明显.斜坡场地（>0°坡），桩身各处表现出相对基底的加速度放大效应.说明随着斜坡坡度的增大，桩-土运动相互作用已逐渐凸显.同时，桩底峰值加速度均近似相同，也说明下伏土层对桩具有显著的嵌固作用.

2.5网格划分

构建海上风电大直径单桩基础结构三维有限元计算模型，单桩桩基直径为4m，桩基壁厚为0.05m，埋入土内柱长为45m，桩体结构采用弹性模型，土体采用基于Mohr-Coulomb屈服准则的理性弹塑性本构模型。海上风电大直径单桩基础结构分析块采用有限元计算程序ABAQUS单元库中的S4R分析块，桩周土体分析单元采用C3D8R单元。C3D8R装置具有运动自由和孔隙压力自由，有利于解决岩土工程中应力的渗透/应力耦合问题分析。随着海上风电大直径单桩基础结构与桩周土体之间的距离的增大，桩周土体对海上风电大直径单桩基础结构的力学性能逐渐减小，因此其网格划分密度也越来越小。为此，得到海上风电大直径单桩基础结构及桩周土体网格划分情况。

2.6横向承载力定律

在确定桩帽的承载能力时，Hcr临界载荷是对应于hR临界载荷曲线上的第一点或h-δx/β载荷替代历史记录的水平载荷值，而对应于最大载荷曲线上的第一点的水平载荷值(系数0.8)用作水平承载能力值。本文由于模型试验与现场试验之间的差距，采用临界荷载作为模型支柱的水平承载力。Hcr的临界载荷由桩顶偏移曲线(H-x)和载荷替代曲线(H-Alpha X/ Beta)确定。由于文本中H-x曲线的折点不可见，因此H-Beta X/ Beta曲线判断更准确。绘制具有四个桩的h-alpha x/beta弧。两点将曲线分割为三条线段。三条弧线段表示桩前表土的三种状态:桩前表土处于弹性变形阶段(如果曲线位于第1段)。第2款开始前桩体的塑性变形；在第3段中，前桩帽已达到最大厚度，并破坏了桩帽。对应于曲线上第一点的水平荷载值为Hcr临界荷载，对应于第二点的水平荷载值为Hu极限荷载，根据建筑地基试验技术规范。对于1#、2#、3#、4#、难民署的临界负荷和胡的最大负荷分别为9.6 kn、5.8 kn、4.4kN、2.6 kn和13.1 kn、10.8 kn、8.3 kn、6.1 kn。总结了四个桩帽的临界荷载和极限荷载胡氏。可以看到桩底水平承载力随坡度的增加而减小。分析的原因是斜坡两侧的土方量相差很大，导致地基两侧的受约束力差异很大。因为表土的前坡是桩帽的承受力，且受立柱变形的约束:坡度较小时，表土较大，从而限制桩的移动，从而获得较高的承受力和水平承载力。坡度越高，桩正面的表土质量越低，从而降低了表土的抗冲击性和稳定性。桩帽在相同载荷下的位移随坡度的增加而增大，水平承载能力也随之减小。

结束语

桩基础具有施工简便、结构稳定性较强等优点，工程中常用于斜坡地形。我国西南山区大多采用桩基础，但由于该地区地处板块交界之处，常发生地震等自然灾害，在地震荷载的作用下，该地区基础常发生结构破坏，稳定性较差。

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