基于液化地基大变形桩基-高层建筑结构体系动力响应的研究

The damage and factor of pile foundation - high-rise building structure are studied based on the lateral large deformation induced by earthquake liquefaction of soil. The theoretical analysis results is put in and is analyzed comprehensively contrast to the results of model experiment and computer simulation, using the shaking table test and computer dynamic simulation technology. The failure mechanism of pile foundation - high-rise building structure system, large deformation mechanism, relationship of the stress and displacement of the pile foundation (P-Y) and its influencing factors, pore water pressure changes, residual strength, undrained shear characteristics of saturated sand , the nonlinear response between pile and soil, the maximum shear force and maximum overturning moment interlayer of high-rise building structure caused by lateral horizontal displacement are studied under large deformation of liquefied foundation. Quantitative design index corresponding to seismic fortification level is put forward reasonably for seismic design theory and methods, and implementing standards, design basis and treatment measures about high-rise building structure based on liquefied foundation is to be provided in this research project. The research results are of great social significance and economic benefits to people's life, property safety, disaster prevention and disaster reduction.

研究地震液化诱发的土体侧向大变形对桩基-高层建筑结构产生的破坏及影响。采用振动台模型试验和计算机动态模拟试验的方法，将理论分析结果、模型试验结果和计算机仿真结果三者结合起来加以互相对照并进行综合分析。研究液化地基大变形下桩基-高层建筑结构体系的破坏机理及成因、大变形作用机理、桩基受力及位移P-Y关系及其影响因素、液化土体孔隙水压力变化、残余强度测定、饱和砂土不排水剪的特性、桩-土间的非线性响应、侧向水平位移引起高层建筑结构的层间最大剪力和最大倾覆力矩的变化等。提出合理的与抗震设防水准相对应的量化设计指标，为液化地基上高层建筑结构及其相关工程的抗震设计理论和方法的实用化提供条件、实施标准、设计依据和处理措施。研究结果将对人民生命财产安全、防灾减灾具有重大的社会意义和经济效益。

日本新泻地震砂土液化导致昭和大桥桩基础的严重变形，致使桥墩变形过大，桥梁破坏；美国阿拉斯加地震引起的饱和砂土液化和地基失效造成结构的大规模破坏。同样，LomaPrieta地震(1989)和Philipine地震(1990)等都有较多液化大变形引起的震害现象，使得人们倍加关注地震作用下的土体液化及震陷问题的研究。因此，研究强震区地震液化大变形机理、预测方法及其对高层建筑结构和桥梁桩基础影响机制是当前世界工程抗震领域的前沿课题，具有重大的社会意义和经济效益。. 本课题主要研究内容是：将理论分析结果、模型试验结果和计算机仿真结果三者结合起来加以综合比较、互相对照，研究和分析了液化土层中桩基横向动力响应规律、液化大变形下桩基变形程度、破坏类型、液化界面处桩身弯矩、最大位移量、桩-土间相互作用、孔隙水压力变化、强度衰减和增长过程等孔压比与液化的关系、结构频率及阻尼比变化、地震动加速度变化、最大层间剪力和最大倾覆力矩、框架结构内力变化等，揭示了液化大变形下考虑桩基-上部结构动力相互作用时结构地震响应的有关规律，并提出液化大变形下桩基破坏类型对高层建筑结构体系的作用机理及其控制因素。. 通过振动台试验和数值计算，得到：随着地震波的震级提高及试验工况的增加，群桩摆动幅度加大，桩端在持力层中反复拉拔和冲压使持力层刚度弱化。加之砂土层逐渐液化后为桩基提供的侧向约束减弱，导致群桩-超高层结构体系出现x向倾斜大变形。说明大震激励下结构出现倾斜大变形是群桩在地基中摆动、桩端在持力层中反复拉拔和冲压以及地基液化共同作用的结果。因此，提高群桩的抗压和抗拔能力、改善地基液化条件对超高层建筑的抗震防灾具有重要的意义。