场地地震液化与桥头路堤坍滑耦合作用下桩承桥台灾变形成机制和抗震设计方法研究

Most of bridge seismic damages were used to have a direct bearing on pile-supported abutment destroy in past earthquakes, such as extrusions between abutment and superstructure, pile-broken, bridge unseating or collapse induced by large lateral displacements of abutment etc., which were generally believed to be mainly attributed to backfill settlement, lateral deformation and sliding collapse, as well as the seismic loading amplifications induced by sand liquefaction. The proposed project will employ bridge structure-abutment-backfill interaction seismic analyses coupled with shaking table tests and well-documented case histories to investigate the seismic performances of this type of structures, and focus especially on pile-abutment-beam connections, backfill settlements, lateral deformation and sliding collapses, as well as the magnitude and locations of liquefaction-induced sand in stratum layer, which greatly influence the seismic behaviors of the bridge superstructure and failure modes. The seismic interaction mechanism and disaster performances of bridge structure-abutment-backfill in seismic liquefaction-induced fields will be proposed through parameter interrelation analyses and shaking table tests, and the anti-seismic design method developed that can provide a useful specific structural measures for engineering will improve the current anti-seismic design of bridge abutment.

地震作用下桩承桥台破坏主要表现为桥台桩基折断、纵横向严重裂缝、桥台与主梁挤压碎裂，以及过大侧向位移或倾覆导致落梁和桥梁倒塌等。桥台地震破坏除与自身结构地震特性相关外，桥头路堤沉降、侧向变形和坍滑，以及场地地震液化导致的桥台和路堤地震动放大，往往是桩承桥台地震破坏的主要诱因。项目通过可液化场地桥梁-桩承桥台-桥头路堤体系动力模型试验和严格数值分析，结合不同条件下桥梁震害资料对比分析，研究此类结构体系地震反应作用机理，着重考虑上部结构与桥台、桥台与桩基连接方式，路堤侧向变形和坍滑位置和形状，液化层在地层中的位置和厚度及其与桥头路堤坍滑的耦合作用等因素，对桩承桥台地震反应和破坏形态的影响，通过各影响因素与桥台破坏性状相关性分析，系统揭示桩承桥台地震反应作用机理和灾变形成机制，提出针对性的抗震构造措施及其依据，项目研究对完善现行抗震设计具有理论和现实意义。

依托国家自然科学基金项目《场地地震液化与桥头路堤坍滑耦合作用下桩承桥台灾变形成机制和抗震设计方法研究》（51778639），研究了裂隙边坡降雨入渗条件下的稳定性，饱和渗透系数变异对稳定评价的影响，以及重力式和桩承桥台的地震特性，场地夹层和地震作用的影响，还研究了可液化场地中桩基嵌固因素以及孔隙水压力特征等。.在降雨条件下，坡顶裂隙临界深度效应消失，存在临界位置效应，短历时强降雨下边坡稳定系数随时间变化大，失稳所需累积降雨量多，长历时小雨对裂隙边坡稳定性影响更大，存在滑坡滞后效应。在降雨初期，饱和渗透系数变异性越小，边坡失稳概率越小，降雨历时增加，失稳概率升高，随着饱和渗透变异性增大，失稳概率减小，在临界降雨区间内上升较大。.重力式桥台震后向桥跨方向滑移，下沉并倾斜，位移包含平移与转动，地震加速度在高度方向上存在放大效应；桥头路堤位移大且存在差异沉降；地基水平位移和沉降随深度减小，基底剪力大幅增加。含软弱夹层地基上，桥台、路堤与地基沉降增大显著，桥台地震土压力和弯矩减小，夹层厚度增加，路堤沉降和基底剪力增大；软弱夹层越近地面，桥台地震稳定性越差；在不同地震作用下，桥台存在整体滑移前倾式或滑移后仰式等位移模式。.桩承桥台震害为整体滑移后仰式，存在残余位移，地震土压力和土压力作用点高度高于规范计算值；路堤塌滑下沉、波状变形；溜坡震陷、上部拉裂、下部鼓涨。桥台与地基相对滑移，桩基交替承受主动与被动土压力。顺倾夹层场地中，桥台水平位移和沉降、路堤水平位移、夹层水平和竖向位移以及桩身水平位移增加。反倾夹层场地中桥台沉降倾斜，桩基向夹层倾斜方向移动。.桩基嵌固在可液化土层下界面上方时，弯矩最大值出现在桩顶处，位于下方时，出现在液化与非液化层界面和桩顶处，最大值明显增大。嵌固在液化土层下界面上方时，桩长对土层液化影响不大，在下界面下方时，桩长越长，可液化土体越少；土层初始液化时刻与加速度峰值时刻接近。