深水基礎(chǔ)碎石墊層的隔震性能研究.pdf

1、在基礎(chǔ)與地基之間設(shè)置碎石褥墊層是隔震結(jié)構(gòu)的一種形式，已有試驗與理論研究以及工程實踐證明了褥墊層隔震的有效性。在瓊州海峽大橋基礎(chǔ)選型過程中，對樁-墊層-沉箱復(fù)合基礎(chǔ)的性能進行了研究，本文的主要內(nèi)容為依托于瓊州海峽大橋?qū)嶋H工程情況，對復(fù)合地基中墊層的隔震性能及墊層厚度、豎向壓力、顆粒粒徑等因素對隔震的影響進行研究與分析。本文采用顆粒流軟件PFC3D對碎石墊層進行數(shù)值模擬，對其隔震效果進行宏觀分析，并通過分析墊層中顆粒的運動及墊層的孔隙率及配

2、位數(shù)等細(xì)觀參數(shù)對墊層隔震機理進行研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　1、對墊層進行靜力作用下的數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明隨著墊層厚度的增加，相同豎向力作用下上部結(jié)構(gòu)沉降增加;水平極限承載力隨著豎向力的增加而增加，水平極限承載力約為豎向力的0.32～0.44倍，摩擦系數(shù)隨著豎向壓力的增加而略有減小;墊層厚度對水平極限承載力的影響很小，但隨著墊層厚度的增加，相同水平荷載作用下上部結(jié)構(gòu)的水平位移明顯增加。
　　2、當(dāng)?shù)孛嬉苑€(wěn)定且較小的速度發(fā)

3、生小幅水平位移時，分析墊層內(nèi)部顆粒的摩擦滑移特性，可知隨著地面位移的增加，墊層層間水平滑移明顯，層間位移最大的位置在墊層底部與地面的接觸處，墊層下部層間位移大于上部層間位移;隨著墊層厚度的增加，顆粒位移層間變化幅度減小;墊層厚度為20mm、40mm時，試塊與墊層接觸面上的相對滑移明顯，而墊層厚度為60mm時，試塊與墊層接觸面上相對位移很小，層間變形主要集中在墊層中下部。
　　3、對墊層進行地震作用下的數(shù)值模擬，輸入El-Centr

4、o地震波時計算結(jié)果顯示，碎石褥墊層可有效減小上部結(jié)構(gòu)的地震加速度響應(yīng)，起到良好的隔震效果;墊層減震率隨著豎向壓力的增加而減小，隨著墊層厚度的增加而增加，且豎向壓力與墊層厚度之間相互影響;墊層減震率隨著墊層密實度的增加而減小，當(dāng)墊層在地震作用下振動密實后再次輸入相同地震波時，其減震率減小，且墊層級配越好，減小的幅度越大;墊層減震率隨顆粒粒徑的增加而增大，當(dāng)顆粒平均粒徑相同時，減震率隨著顆粒級配的改善而減小，當(dāng)墊層顆粒按照粒徑不同分層布置時

5、，墊層下部粒徑較大時可得到較好的隔震效果;當(dāng)顆粒為球體時墊層隔震效果較好，當(dāng)顆粒由兩個球體隨機重疊構(gòu)成時，墊層隔震效果較差;墊層對El-Centro波及二類場地人工波的隔震效果較好，對Taft波隔震效果相對較差，輸入Taft波時減震率對豎向壓力改變較為敏感，輸入El-Centro波時，其加速度幅值越大，墊層減震率越大。
　　4、細(xì)觀分析結(jié)果顯示，對墊層進行分層水平運動分析，振動過程中地面與墊層底部相對滑動較大，墊層中部層間位移相對

6、較小;豎向壓力增加時，墊層顆粒層間相對位移減小、層間相對速度較小、顆粒加速度普遍增大;墊層高度增加時，墊層底部與地面的相對位移增加，地面運動速度在墊層中衰減加快，墊層的中上部層間相對位移及試塊與墊層的相對位移均較小;當(dāng)墊層按粒徑分層布置時，若底部顆粒粒徑較大，則墊層底部層間相對位移增加，地面運動在墊層底部衰減較快，底部顆粒所受摩擦力較小。
　　5、細(xì)觀分析顯示，顆粒的配位數(shù)及墊層孔隙率與墊層隔震效果關(guān)系密切;震動開始時，顆粒配位數(shù)

7、減小，當(dāng)加速度較大時，顆粒配位數(shù)明顯減小，顆粒之間的接觸減弱，而當(dāng)加速度較小時，顆粒配位數(shù)相應(yīng)的有所增加，顆粒之間咬合增強;對墊層中不同高度處配位數(shù)進行分析可知，一般情況下越靠近墊層底部顆粒配位數(shù)越大，而地面加速度較大時，底部顆粒的配位數(shù)減小最為明顯，使得底部最易發(fā)生相對滑動;振動過程中墊層孔隙率先增加后減小，墊層上部孔隙率變化最為明顯。
　　6、根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，瓊州海峽大橋復(fù)合基礎(chǔ)應(yīng)選用中等厚度墊層，綜合考慮減震率及位移控制，