群桩场地液化土单一流速横向流动数值分析.docx

1、文童编号:1009-6825(2009)26-0002-04群桩场地液化土单一流速横向流动数值分析邵琪唐小微摘要：采用三维动力FE-FD揭合法及弹塑性饱和土本构模型，对群桩一可液化土体系的拟做振动台实验进行非线性数值模拟，得到液化土横向流动中孔隙水压力、流动变形对群桩基础前后桩的内力分布和横向位移的影响规律。关键词：地震液化，群桩基础，非线性数值分析中图分类号:TU473.1文献标识码:A桩基础是目前软弱地基中常用的基础形式之一，它能较好地基及荷载类型范围广。地震中土体液化横向流动,往往会破坏桩适应各种地质条件，承载力大、稳定性好、抗震性能优良、适应地这种深基础，轻者产生裂缝,重者断裂造成上部

2、结构物的倾斜或Ontestsofchangesofwatercontentonrelationwithaddedresistancereactionofauto-walkingroadheaderLUQing-guoYANGHai-binWANGQing-xueAbstract：Thepaperpointsouttheauto-walkingroadheadertechnologybymakinguseoftheresistancercactigbythemeshingbetweentheadjustableaddedresistancereactionequipmentofroadheade

3、r*soutercylinderandtheearth,illustratesthetestschemetoensuretheadvancereactionandtheparameteroftheaddedresistanceequipment,establishestheearthaddedresistancereationstructuresysteminthetest,hasthemoduletestdesignandundertakestherelationshiptestofthechangesofwatercontentontheaddedresistancereaction,so

4、astoenhancetheresearchontheauto-walkingroadheadertechnology.Keywords：auto-walkingroadheader,moduletest,changesofwatercontent收稿日期:2009-05-11作者简介:邵琪(1983-),男，大连理工大学岩土程研究所硕士研究生，辽宁大连116085唐小微(1968-).男，博士生导师.副教授.大连理工大学岩土工程研究所.江宁大连116085注:正号为顶推力，负号为拉力图3光筒试验力的变化曲线含水量/%图4含水与拉力、顶推力关系统计图3试验设计试验采用增阻结构参数是环数4环，每

5、环长度480mm,撑起高度28mm,扰动长度0mm,进行土体含水量变化对顶推力的影响试验。具体步骤是:撑起增阻块-千斤顶顶推增阻试验管-卸载f收回增阻块f花篮螺丝拉回增阻试验管-撩起增阻块-扰动后再一次顶推试验管f卸载f收回增阻块。分别在土体含水重为15%,20%,25%,30%情况下进行试验。首先进行光筒试验，光简试验是试验管增阻块在土中没有撑起的情况下，对筒体进行推拉试验，为了测得光滑筒体在土里的顶推力。4试验结果分析最佳水平组合时含水最变化与增阻力关系见图3,图4。得到以下结论：1)随着含水量的增大，拉力有增大趋势，因含水址增大，与管壁的摩阻力也增大;但当含水缺过大时，由于水的润滑作用，

6、管壁与土体的摩擦力反而减小，拉力减小;2)十体一次增阻扰动后顶推力数值均比第一次顶推力小，说明土体扰动对顶推力有较大影响;3)随着含水最增大，顶推力有减小趋势，当含水量为30%时，顶推力与光筒时顶推力接近，说明增阻块已没有起到增阻效果。参考文献：1 马保松,D.Stein,蒋国盛.顶管和微型隧道技术M.北京：人民交通出版社,2004:1-16.2 卢清国.自行进式隧道掘进机急转弯机理A.2OO5上海国际隆道工程研讨会论文集C.2OO5.3 王银献.非开挖铺设地下管线施工技术及应用J.市政工程,1999(2):37-38.4 朱合华，徐前卫.土体一盾构机器系统的相似理论研完J.岩土工程界,200

7、4(sup)：13-14.5J卢清国.长距离隧道自驱动前行的可行性A.第三届中日盾构隧道技术交流会论史集C.2OO5.6 朱合华，徐前卫.地层适应性盾构模型试验设计方法初探J.岩上力学,2006(7):9.7 金亮.新型自行走式隧道掘进机增阻结构合理形式模型试睑研究D.北京：北京工业大学硕士学位论史,2008.翻转。近些年来,在数值分析方面有很多关于桩和横向流动的液化土体相互作用的研究。Wiln等（1998年）对液化土流动造成的桩弯矩进行了研究，发现弯矩最大值发生在液化和非液化土层交界面附近，由弯矩反算出桩的土压力。刘立平等（2004年）采用动力有限元时程分析方法，以多高层框架结构为对象，研究

8、了水平地震作用下桩一土一结构相厄作用时上部结构牌卵性动力特性和规律。熊辉，邹银生等（2004年利用整体动力有限元方法，在考虑了模型的边界效应和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应。基于共同作用理论.导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程，利用桩一桩动力相互作用因子法获取了群桩的动力阻抗，对水平地震作用下群桩一土一11部结构的反应特性进行了分析。苏静波等（2006年）从Newmark方法弹簧支座的概念出发，建立了桩七相互作用体系的接触非线性有限元分析模型，采用复合地基反力法的PY曲线公式，推导了作用于桩上的非线性弹簧魏性系

9、数的计算公式，基于marc有限元软件编制了相应的计算程序。陈菊香等（2005年）通过将P-Y曲线与有限元法相结合，探讨了多层地基中水平承载桩非线性受力特性分析的简捷、精确方法。娄奕红，刘喜元（2004年）提出了用有限元一无界元的方法计算桩一土耦合体系的应力和变形。本文采用了FE-FD翩合的数值计算方法。基于Biot固结理论，由Akai和Tsmura于1978年提出的一种有限元和有限差分耦合的数值方法；由Oka等于1994年采用无限小应变假定将这一方法扩展到饱和土体的分析中，这种方法在空间域上用有限元方法离散平衡方程，用有限差分法离散连续方程中与超孔隙水压力有关的项。这种FE-FD耦合法可以降低

10、橘合方程的自由度，并且得到控制方程最终的矩阵形式是对称的。饱和上体采用有效的弹狷性本构模型。文中建立了三维有限元模型来模拟拟做的振动台试验，研究了土体振动液化后在4%坡度、最大流动速度为0.1557m/s（速度峰值）的流动中对群桩所产生的破坏作用。表1饱和砂土的参数材料参数砂土初始孔比1.143压婚指败人0.025膨胀指数税0.0025初始财切模#比Go/e）3O443透水系数/水单位体积谊量k/yw2.93E06重力加速度9.8密度p/fm-31.779变相应力比M,0.909破坏应力比1.308硬化参敷Bo3200硬化参数所32辰化参数Cf0水体枳弹性系数K/2.00E+06衰退系数G/2

11、000膨胀参数D03.5膨胀参数n1.1塑性参考应变/0.001禅性参考应变俗0.0061分析条件1.1模型和参数的设定图1为三维群桩与土相互作用的示意图，土体为饱和砂土，厚度为5L；杭长5L,直径为0.5L,桩头施加密度为2.140kN/m3的承台作为上部结构及承台向桩基础传导的静荷载，其中L为单位长度。计算过程中土的各种参数如表1所示。1.2数值计算图2振动台试验和水平地震加速度计算采用8节点等参单元，模型共有1648个单元（包括24个不占空间的模拟桩性质的中心线性单元），桩单元基本为以半径0.25L的1/4扇面为底，L为高的棱柱体；土单元尺寸从0.5LX0.5LXL到0.5LX30LxL

12、不等；另夕卜，在桩的中心设置了梁式线性单元,用以更好的模拟桩在振动中的实际悄况。整个模型下边界采用固定边界;模型沿Y方向的两个侧面边界约束了X方向的位移，沿X方向的两个侧面约束了y方向的位移,各侧面和顼面均不约束竖向位移;除桩节点外，不约束转角位移。计算分析振动台试验沿Y轴负方向4%-0.1557m/s流速F,横向流动的液化七对桩基础的影响，见图202数值结果分析主要对模型桩周变形和七体孔隙水压力比云图、液化区超静孔隙水压力比时间变化、桩身的位移和内力进行考察，分析土桩之间的作用机理、前后桩之间的影响。图3为四桩模型在振动流动过程中桩侧位置和上表面桩周围的最终变形图和超伸孔隙水压力比云图（=1

13、4.Os）;图3b）中左列桩为后桩，右列桩为前桩。0.10.20.30.40.50.60.?86.9图3四桩模型变形图和超静孔隙水压力比云图在Y方向振动7s后，模型中各单元超静孔隙水压力比均为0.8以上，已达到完全液化，而此时网格变形很小;静置后加藏倾斜加速度，液化土体产生横向流动，网格发生明显变形;随着时间的增长，变形越来越明显；在流动的后期，在迎桩流动方向（即桩前）液化流动土体出现了一定程度的隆起，可见其流动受阻;为了更好地了解振动液化流动中桩土之间的关系，接下来对桩周围的土体及桩做进一步的考察。沿模型深度，在迎桩流动的土体区域（桃俯）、两杭之间，从下到上取土体单元的超静孔隙水压力比的时间

14、曲线进行考察:单元259,883,其深度分别为-5m4m,-3m2m,见图4O-2024681012!416时间/sa)液化土单元259086420ao.0.0.0.086420o.ao.。a以日awlavcs忑%亦集-0.10-0.050.00位移猛大IftAnb)Gtt位尊姓大值-202468101214】684M/Sb)液化土单元83图4不同深度液化土单元超孔隙水压力比与时间关系曲线由图4中可以看出,各深度单元在5S之后完全液化;液化前在3S5s之间的曲线呈现明显的起伏状,应当是地震震动引起的，并且随深度加深这种起伏越不明显；各单元的液化曲线基本一致，当时间推至6s后,超静孔隙水床力比近

15、似等于1.0,并在之后的倾斜过程中始终保持完全液化。考察四桩模型中前桩和后桩中心线性单元节点Y方向位移随时间的分布，其深度（即Z方向坐标）分别为-5.0m,-4.0m,-3.0m,-2.0m,-1.0m,0.0m,1.0m,均匀地沿桩身分布c-0.10-0.05000位移嫌大值布时咱桩位移蛟大位姜容0拳5L11;-50030100鸾矩最大d）后桩弯矩蛟大位时间/sa)Mtt5，：1二-50050100西矩鼠大伉/kNmc）前桩弯矩缺大攸图5前后桩桩节点Y方向位移和时间关系曲线从图5叮以看出曲线分成了明显的两部分，第一部分中各点位移随振动往复，位移大小也随振幅的大小变化;第二部分中随着土体流动,

16、桩沿流动方向产生明显位移，并随时间增K而增K；沿着桩身,每时刻桩肯点位移随深度的增加而减小；由于桩头部分（即0点117,217）在X和丫两个方向均被约束,所以每时刻的最大位移均出现在桩顶部（即W点2072,2098）；前后桩的位移曲线基本相同，最大值也保持在0.11m0.12m之间，前桩与后桩变形基本相同;综合图3,可知土体在流动变形中对各桩在同方向产生了相同的推动作用使之产生基本相同的位移。各桩均受到流动土体的作用，随者流动速度的增大作用也越剧烈。这一点，从图6可以看出，分别考察四桃模型中前后桩的位移、兮矩、的力、曲率、桩周土体速度和各桩受到的土压力的极值沿深度分布。在图6中,将四桩模型中前

17、后桩的各项指标沿深度的分布曲线逐一展示，通过比较可以发现，在位移、弯矩的分布图中，前桩与后桩的曲线形状和数值范围基本相同;在土压力图中，虽然前桩所受土压力极值明显大于后桩，但前后桩上下都不同程度地受到来自不同方向土压力的作用;综合图3.图5和四桩土用力分布图，可以发现整个模型上层土体的流动明显快于下层土体。3结语本文采用FE-FD捌合法,模拟拟做振动台试捡中液化土横向流动对群桩的致灾作用。由于使用弹塑性本构模型及合理的控制方程，本方法适用于求解地展和在作用下的土体液化问题。分析计算结果得到如下结论：-s11|_J1-1*-6-4-201-2-101:tfli力/WM土根力似e）蔺桩土压力。后图

18、6模型前后桩的各项指标随深度分布1）单-流动速度F,在群桩场地模型中，随者土体流动，桩沿流动方向产生明显位移，并随时间增长,位移也增长;沿着桩身,其位移随深度的增加而减小,可见土体在流动变形中对桩在同方向产生r一定的推动作用使之产生位移。2）液化区各深度土体液化过程相同，在5s时达到液化，之前随振动小有起伏；当时间推至6s后,超静孔隙水压力比近似等于1.0,并在之后的倾斜过程中始终保持完全液化。3）在模型的群桩动力分析中可发现，前桩与后枇的位移、弯矩的曲线形状和数位范围基本相同;在土压力图中，虽然而桩所受上压力极值明显大于后桩，但前后桩上下都不同程度地受到来自不同方向土压力的作用，容易造成卜.

19、部结构的倾覆;同时模型上层土体的流动明显快于卜层土体。4）在三维模型中，采用在同一个方向振动后以某-固定流动速度的加载地震加速度的方法，适合于三维模型的小变形分析，在Y方向形成了一定的位移，在X方向位移很小，可不予考虑;需考虑实际地震可能是多方向的大变形的情况，仍要继续在此方面进行探索和研究。参考文献：1WilsonDW.Soil-pile-superstructureinteractioninliquefyingsandandsoftclay：dissertationJ.Davis：UniversityofOdifor-niaatDavis,1998.2 刘立平，李英民，林军.桩一土一结构相

20、互作用弹塑性地震反应分析J.世界地震工程,2004,20（3）:160-165.3 熊辉，邹银生,许振宇.层状场城内桩一土一上部结构的整体动力有限元模拟J.上木工程学报,2004,37（9）:55-61.4 熊炸，邹银生.群桩（土）一承台一结构的动力相互作用分析11.X程力学,2004,21（4）:75-80.虹西ARCH心文章编号：1009-6825(2009)26-0005-02光催化氧化预处理涌湖原水试验研究*赵绪兰张玉先摘要：对光催化氧化预处理微污染水源水进行了研究，选择聚丙烯塑料填料作为载体，掺杂了一定数的TiQ,探讨了紫外光强、停留时间、水温对有机物去除效果的影响，以及浊度的变化情

21、况，得出了相应的试验结果。关键词：光催化氧化，预处理，改性填料，去除效果文献标识码:A中图分类号:TU991.2洒湖位于江苏省常州市西南，东南通太湖，西联长荡湖，南接宜兴市，是苏南太湖湖群的重要组成部分。武进市市政府所在地湖塘镇自来水原水取白涌湖。湖水受排放污水污染，加上圈养鱼虾河蚌投放饲料,引起藻类滋生，污泥淤积，水质变差。本文通过将TiQ以一定方式负载于填料上，利用其光催化纵化作用对海湖原水进行预处理,旨在考察其对有机物的去除效果。1试验1.1主要材料国产纳米TiQ（锐钛型,TiQ含量不小于90%,平均粒径约10nm,山东菜阳子西莱环保科技有限公司）；聚丙烯塑料填料（呈柱状，极0gx20m

22、m,密度接近于1.0,堆积密度为（1455）kg/n?,比表面积大于500cm2/g,上海市原水环保实业发展有限公司）；石英管335mm,L=l000mm,上海强华石英有限公司）；高硼紫外线杀前灯管（18W,上海铭光照明电器有限公司）。1.2试验仪器台式智能散射光浊度仪TSZ-400A（厦门飞华环保器材有限公司）,PHS-3C型精密数显酸度计（上海康宁电光技术有限公司），数显恒温水浴锅HH-8（上海逸龙科技有限公司）。1.3试脸装置试验装置为臼制的紫外光催化氧化反应器，如图1所示。尺寸为：Kx宽x高=0.65mX0.3mXl.Om（有效水深0.97m）,池体分为申联方式的两格。池内按填充率50

23、%投加悬浮填料。池底设置.穿孔曝气管，以保证填料的悬流状态，试验时紫外灯管外套石英管竖直插入。1.4试验水质特点试验采用常州市武进区湖湖原水，从2008年2月下旬开始,至2009年3月结束。在此期间水温为2.0X3-10.5V,pH位为7.90-8.30，浊度为15NTU-100NTU,氨氮为0.20mg/L0.60mg/l.,CODMn4.80mg/L-9.50mg/L，所有水质指标均采用标准方法测定。1.5试验方法以涌湖原水为水源，将紫外光强、停留时间、水温作为影响因素进行试验。考察掺杂一定址TiQz的塑料填料的光催化氧化效能,最终衡危该填料制备方法是否可以用于工程实践中。2试验结果与讨论

24、2.1紫外光强对有机物去除效果的影响光催化氧化过程需接受一定强度的紫外光来引发反应，因此紫外光强是影响光催化反应效果的关健因素之一。试验时分别用不同功率的紫外灯（通过变化紫外灯管数最实现）作为光源，进水GOT林在5.50mg/L7.30mg/L的情况下，测定不同HRT下有机物的去除效果（以平均去除率表示）。试验结果如图2所示。57陈菊香，刘克萍，命亚南，等.基于PY曲线的水平承栽群桩有限元分析J.江南大学学报,2005,4（2）:163-167.苏捋波，邵国建，刘宁.基于PY曲线法的水平受荷桩非线性有限元分析J.岩土力学，2006,27（10）:1781-1785.娄奕红，刘喜元.桩土相互作用的有限元一无界元分析J.8城市道桥与防洪,2004(2):33-36.OkaF,YashimaA,ShibataT,c