可液化地基中建筑桩基结构抗震理论研究

This proposed project studies the “three-dimensional, multi-scale, nonlinear, large system” basic characteristics of the superstructure-pile.foundation-liquefiable ground system, with its core focus on explaining large liquefaction deformation patterns and the superstructure-pile.foundation-liquefiable ground system dynamic interaction patterns. Through following a step by step research strategy, going from phenomena simulation to pattern and mechanisms revelation, and finally to seismic hazard prevention, the project aims to achieve its goals in developing technological platform, revealing patterns and mechanisms, and establishing seismic design theories. The proposed project will closely combine high performance parallel computation with centrifuge modelling, to achieve hybrid analysis through numerical and physical simulations. Based on existing research, through dynamic pile model tests, pile static and dynamic joint tests, element tests, large scale numerical simulation and theoretical analysis, the project looks to systematically reproduce the seismic response and failure process of pile foundations in liquefiable ground, reveal the dynamic interaction patterns and mechanisms, analyze the seismic response and failure patterns, and ultimately establish dynamic design and evaluation theories and methods for piles in liquefiable ground.

本项目拟考虑建筑上部结构-群桩基础-可液化土层所构成的共同工作系统所具有的“真三维、多尺度、非线性、大系统”的基本特征，以揭示“土层液化大变形规律”和“建筑上部结构-群桩基础-可液化土层的动力相互作用规律”为核心，沿着实现“现象模拟”、揭示“响应机理”、再到实现“震害防控”的研究主线，逐层次实现支撑技术、规律机理和理论方法三个层面研究目标。将基于高性能计算以及并行算法的数值模拟和基于离心机振动台的模型试验紧密配合，实现数值仿真和物理模拟的“虚实结合”，在整合已有研究成果的基础上，综合运用桩基动力模型试验、单桩静动力结点试验、材料试验、大规模数值仿真和理论分析等多种手段，系统再现可液化地基中建筑桩基结构的震动响应及破坏全过程，揭示动力相互作用规律及机理，分析总结实际震动响应及震损规律，发展可液化地基中建筑桩基础结构抗震的动力分析和安全评价理论及方法，以期建立可液化地基中建筑桩基础抗震理论

本项目考虑了建筑上部结构-群桩基础-可液化土层所构成的共同工作系统所具有的“真三维、多尺度、非线性、大系统”的基本特征，揭示了“土层液化大变形规律”和“建筑上部结构-群桩基础-可液化土层的动力相互作用规律”，沿着实现“现象模拟”、揭示“响应机理”、再到实现“震害防控”的研究主线，逐层次完成了支撑技术、规律机理和理论方法三个层面研究目标。研究开发了精细化模型制作技术和高精度测量技术，揭示了动力离心模型试验条件下可液化地基中建筑桩基础的震动响应的基本规律；通过二次开发，发展出具有显著鲁棒性的大规模并行计算方法及数值仿真技术平台并建立了可液化地基中高层建筑上部结构-桩基-地基系统的三维精细化数值模型；通过模型试验、结点试验、材料试验、数值仿真和理论分析的紧密结合和综合研究，揭示了可液化地基中建筑桩基础结构的震动规律及其产生的物理机理，包括群桩惯性与运动相互作用的耦合规律、群桩弯矩的分配规律与机理、双向震动对群桩弯矩的影响规律。整个研究从破坏规律与机理、数学建模与算法到仿真技术与软件三个层面入手，建立了科学而实用的可液化地基中建筑桩基础结构抗震理论及方法。本研究的部分成果已经编入国家标准《地下结构抗震设计标准 GB/T51336-2018》。