地震作用下横向斜坡-桩柱基础-上部梁体结构体系的动力特性和抗震设计方法

The seismic performances of lateral slope-pile pillar-superstructure system depend on the seismic behaviors themselves and the dynamic interactions between superstructure, pile pillar, lateral slope and foundation. Under seismic loading, pile-pillar-superstructure connection appears non-linear deformation characteristic, and also non-linear contacts including slide, separation and close emerge between pile and lateral slope. Seismic slope-structure interaction analyses will be employed in the proposed project to investigate the force transmission in the pile-pillar supported structure with lateral slope system, especially, influences of slope slide, foundation collapse, location and shape of slide zone, pile location in slope, pillar length above and below slope, as well as connection between pillar and superstructure on the seismic behaviors of the pile-pillar supported structure with lateral slope system. The anti-seismic design method will be proposed in accordance with the results of numerical analyses in conjunction with shaking table tests.

横向斜坡-桩柱基础-上部梁体结构作用体系的地震特性，决定于上部梁体、桩柱、斜坡和地基自身地震特性及其动力相互作用。地震作用下，上下部结构连接呈现非线性变形特征，桩基与横坡之间存在滑移、分离、闭合等非线性接触行为。项目拟通过横坡-桩柱基础-上部梁体结构作用体系的地震反应分析、模型振动台试验，并结合与实体工程震害比较，考虑作用体系各组成部分地震作用下力传递特性，着重研究横向斜坡坡体变形、滑动破坏和地基失效对结构体系地震动放大作用，以及桩柱和上部梁体结构连接方式、桩柱位置和间距、桩径、桩柱嵌固深度和自由长度，横坡坡度，潜在滑裂面形状和位置等多种因素的影响，分析作用体系地震反应特性并揭示其破坏形成机理，提出针对性的抗震设计建议及其依据。

依托国家自然科学基金项目《地震作用下横向斜坡-桩柱基础-上部梁体结构体系的动力特性和抗震设计方法》（51678573），研究了降雨入渗对边坡稳定性影响以及三维渗流动态稳定评价方法，结构地震动力分析方法，斜坡-桩柱基础-上部梁体作用体系地震反应特性，以及软弱夹层的影响，同时，还研究了梁体与桩柱连接支座摩擦效应对结构动力阻尼特性影响，以及柱体结构力学行为等。.研究表明，短历时强降雨入渗作用下边坡稳定系数有突变性，长历时小强度降雨下稳定系数连续减小，最小值出现时间滞后降雨历时，强降雨时滞后短，小强度时滞后较长。降雨强度大于饱和渗透系数时，增量对土体含水率、孔隙水压力影响不明显，但降雨入渗深度缓慢增加。饱和渗透系数变异性小的边坡呈现较小破坏概率，饱和渗透系数较小的边坡存在较大破坏概率。.斜坡-桩基-梁体作用体系应力变形重新分布，靠近斜坡上侧和边桩的地震横向位移和时程曲线波动较大，边桩和边跨更明显；靠近坡体上侧中间桩地震位移比中、下部桩体位移稍小；多数时间点，靠近斜坡中、下部的桩基加速度高于上侧桩基；上部梁体某些时间点中跨纵梁加速度高于次跨和边跨，但边跨纵梁加速度最大，侧跨横梁跨中加速度高于边跨和中间跨横梁，还同时高于侧跨纵梁跨中加速度。桩体横向地震位移最大值11.9cm，出现在边坡上侧边桩桩顶；纵梁横向位移最大位移10.7cm出现在边跨纵梁跨中；桩体最大横向加速度9.949m/s2出现在边坡上侧边桩桩顶，竖向和纵向加速度最大值在边坡中部边桩桩顶，为9.81m/s2和8.54m/s2。.在动载作用下，结构上下部连接支座摩擦力-滑动位移滞回曲线随振动衰减滞回环面积减小，耗能降低，不同振动阶段滞回曲线偏离；摩擦效应对阻尼影响可达146.58%，车-桥振动分析应充分考虑；支座摩擦对阻尼的影响与振动速度和加速度相关，呈现随振幅变化的非线性特征，不同类型动荷载，支座摩擦对阻尼影响也不相同。.柱体结构行为研究表明，树状节点分叉角度宜取30°~40°，支主管壁厚比取0.5~1，支管径厚比不大于12，梁悬挑和柱跨度比值系数取E-2~6.25E-2，悬挑大时取小值。