格栅式地下连续墙桥梁基础抗地震液化机理研究

The researches about the lattice shaped diaphragm wall (hereinafter for LSDW) subjected to soil liquefaction when used as a bridge foundation are extremely rare from home and abroad, and the mechanism of LSDW as bridge foundations against liquefaction will be studied in this project. Firstly, 8 groups of shaking table tests (4 in the horizontal liquefiable field and 4 in the liquefiable field with a gentle slope) will be conducted to find out the behavior of walls and soil cores for LSDW in liquefiable sites as well as the differences between pile groups and LSDWs on their dynamic responses and performances against liquefaction during earthquake. Secondly, by utilizing sofwares of FLAC-3D and UWLC, the 8 groups of shaking table tests will be simulated directly under a certain conditions and analyzed thoroughly; meanwhile, the in-situ liquefiable field will also be simulated in detail to evaluate the behaviors of pile groups and LSDWs in the practical site; thus, the mechanism of the LSDW as bridge foundation against soil liquefaction can be built up systematically. Finally, based on the shaking table tests and numerical simulations, the design standards and approaches for the LSDW as bridge foundation against liquefaction will be established by theoretical analysis. The corresponding results can be useful to improve the seismic performance of bridge foundations and develop the remedial measures against liquefaction.

本项目根据我国桥梁抗震科技发展需求，针对当前国内外缺乏格栅式地下连续墙桥梁基础抗震控制技术研究的现状,研究格栅式地下连续墙桥梁基础抗地震液化机理。首先，通过4组水平场地与4组倾斜场地的振动台试验，揭示液化场地格栅式地下连续墙墙体与土芯的性状，对比分析群桩基础与格栅式地下连续墙基础的地震动力响应与抗液化机理。然后，基于有限差分软件FLAC-3D及地基动态有效应力解析软件UWLC，直接针对振动台试验，进行受控条件下模型结构的数值分析，以验证振动台试验结果的正确性；同时对真实场地进行三维数值精细模拟，对比分析液化场地中群桩基础与格栅式地下连续墙基础的实际抗震特性。最后，基于振动台试验结果与数值计算，通过理论分析，建立格栅式地下连续墙桥梁基础抗土体液化变形的设计计算方法。其研究成果对于提高桥梁基础的抗震性能，防灾减灾，具有重要的科学理论价值与工程应用前景。

本项目以揭示单室、格栅式地下连续墙桥梁基础抵抗土体液化机理为目标，借助室内模型试验、数值模拟和理论分析等研究手段对其进行分析研究：首先，开展一系列室内静力模型试验和离心机振动台试验，探讨了单室、格栅式地下连续墙桥梁基础在静力和地震荷载作用下的承载性状、结构响应特征以及抵抗土体液化的性能；然后，应用FLAC3D、PFC2D以及借助OpenSees平台自主研发的有限元软件对室内模型试验进行模拟，并进行参数分析；最后，综合室内模型试验和数值模拟结果，研究单室、格栅式地下连续墙桥梁基础的承载机理和抗地震液化机理。通过上述研究，得到如下结论：（1）在竖向静力荷载作用下，由于土芯的存在，格栅式地下连续墙基础的竖向承载力大于同方量的群桩基础，且沉降量小于群桩基础；因此，采用地下连续墙基础替代群桩基础将会提高基础承载力，减少沉降。（2）在水平静力荷载作用下，格栅式地下连续墙基础的水平承载力略大于群桩基础；格栅式地下连续墙基础的变形模式为整体倾倒式，而群桩基础则为弯曲破坏模式。（3）在水平地震荷载作用下，在软土场地中，格栅式地下连续墙能够抑制土体内塑性变形的产生，进而减小水平向位移；与桩基础相比，格栅式地下连续墙基础具有更高的稳定性。（4）在水平地震荷载作用下，在可液化场地中，格栅式地下连续墙具有抑制土芯液化产生或减轻液化的作用：在小震作用下，地下连续墙能够抑制土芯内液化的发生；在中震作用下，地下连续墙通过推迟土芯内部液化的启动时间以及快速消散超孔隙水压力缩短了液化的持续时间；在大震作用下，地下连续墙仍能推迟土芯内液化的启动时间从而减缓液化对基础以及上部结构的破坏。该研究成果揭示了格栅式地下连续墙桥梁基础的承载机理和抗地震液化的机理，为格栅式地下连续墙桥梁基础的工程应用提供了科学依据，具有重要的理论意义和工程实践价值。