[发明专利]一种考虑土体液化的桩基抗震分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑土体液化的桩基抗震分析方法，属于岩土工程与桩基技术领域。

背景技术

桩基础因具有承载力大、稳定性好、沉降值小等特点，在高层建筑、公路桥梁、港口码头等被广泛应用，然而历次震害调查表明，位于可液化地基土中的桩基往往在地震荷载下破坏严重，从而导致上部结构的倒塌和破坏。因此，可液化场地桩基的抗震性能成为岩土地震工程研究的热点。

模型试验作为评价可液化场地桩基抗震性能的重要手段，因成本高、耗时长等原因不能被广泛应用。有限元、有限差分等数值方法已成为可液化场地桩基抗震分析的重要方法，但是因数值建模的复杂性，这些方法在实际工程应用中有很大的局限性。关于水平力作用下的桩身应力计算，我国多用m法，m法通过调整m值大小来考虑刚度的影响，但m法不能反映土层界面处的桩身受力情况，其原因为：在液化场地，地震对桩的作用相当于桩顶水平惯性力作用和土层运动作用之和，而m法只考虑了桩顶的水平惯性力而忽略地震时土层运动的影响。P-y曲线法虽然考虑了地基的非线性，但没有考虑液化土体流动效应的影响，而且有时不能准确描述桩-土相互作用响应，如孔压的发展以及土层的运动效应。液化土体有很强的率相关性和孔压相关性，已有的方法没有考虑到液化土体流动效应、孔压发展对桩基反应的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以高效进行液化场地桩基结构抗震性能评价，有效用于液化场地桩-土相互作用问题分析的考虑土体液化的桩基抗震分析方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种考虑土体液化的桩基抗震分析方法，针对穿过可液化地基土的桩基，进行抗震稳定性分析，包括如下步骤：

步骤001.针对可液化地基土，采用等效线性代替动力非线性特性，进行一维自由可液化场地地震反应分析，获得可液化地基土液化时的剪应变时程γ，并对时间求一阶导数，获得可液化地基土液化时的剪应变率

步骤002.测定可液化地基土的有效围压σ_c，以及液化时的振动孔压u，并根据可液化地基土的有效围压σ_c和密实度，确定可液化地基土的液化难易程度参数α_u；同时，获得可液化地基土进入完全液化阶段的表现黏度η₀₁；

步骤003.根据如下所示的孔压触变性流体本构模型：

获得可液化地基土液化时作用于桩身的黏滞剪应力τ；

步骤004.根据可液化地基土液化时作用于桩身的黏滞剪应力τ，获得可液化地基土液化时作用其所接触桩身段的侧向荷载ΔP，同时，获得桩身的水平地震惯性力E；

步骤005.根据可液化地基土液化时作用其所接触桩身段的侧向荷载ΔP，与桩身的水平地震惯性力E的和，获得可液化地基土液化时作用其所接触桩身段的总侧向荷载P；

步骤006.根据可液化地基土液化时作用其所接触桩身段的总侧向荷载P，获得桩身弯矩和侧向位移，实现桩基抗震稳定性分析。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，制备与可液化地基土具有相同密实度的可液化土体样本，并针对该可液化土体样本进行室内不排水循环三轴试验,获得该可液化土体样本初始液化后的剪应力τ₀和剪应变率计算该液化土体样本进入完全液化阶段的表现黏度即获得可液化地基土进入完全液化阶段的表现黏度η₀₁。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤004中，根据可液化地基土液化时作用于桩身的黏滞剪应力τ，通过如下模型：

获得可液化地基土液化时作用其所接触桩身段的侧向荷载ΔP，其中，d表示桩的直径，L表示与液化地基土接触的桩身长度，θ表示桩侧某点和桩身截面圆心的连线与过桩截面圆心任一直线所构成的夹角。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤004中，通过如下模型：

E＝α_hξG_Eα/g

获得桩身的水平地震惯性力E；其中，α_h表示地震荷载水平向加速度，ξ表示地震作用的效应折减系数，G_E表示桩基的重力，α表示地震惯性力动态分布系数，g表示重力加速度。