水泥土桩复合地基场地地震效应分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第2期防灾减灾工程学报Vo1．25NO．22005年6月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringJun．2005水泥土桩复合地基场地地震效应分析徐烨，陈国兴，庄海洋(南京工业大学岩土工程研究所，南京210009)摘要：将复合地基加固区视为均质体，采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力一应变关系，基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台，开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对

2、象，采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析，研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明：输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大；复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小．而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大；复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小，而与加固宽度无关。关键词：地震；水泥土桩；复合地基；本构模型；有限元中图分类号：TU435文献标识码：A文章编号：1672—2132(2005)02一O182—07震效应的影响

3、；0引言(4)水泥土桩的模量对复合地基地震效应的影响。复合地基是为满足建(构)筑物的使用功能，对自然条件下不能满足建(构)筑物地基承载力或和变1水泥土桩复合地基的计算模型形控制要求的地基进行加固处理后得到的人工地基。水泥土桩复合地基在房屋建筑、高速公路、铁为了全面了解水泥土桩复合地基的地震效应，路、堆场、堤坝等土建工程中得到了广泛的应用。目本文采用大型有限元软件ABAQUS进行数值模前复合地基的设计主要考虑静力荷载作用，对复合拟。ABAQUS是国际上先进的大型通用有限元软地基抗震性能的研究甚少，因此，开展复合地基的场件之一，具有广泛的模拟性能，在处理非线性问题上地地震效应研究具有重

4、大意义[1]。有着较强的能力。本文以水泥土桩加固南京某典型软弱场地为研为简化分析，假设加固区为一均质整体。天然究对象，进行了有限元数值模拟，着重探讨了以下几土体和加固区土体均采用二维平面应变四节点实体个问题：单元模拟；在模拟实际的半无限土域时，设加固区两(1)水泥土桩复合地基与天然地基地震效应的侧的天然地基计算宽度5倍于加固区宽度；土体侧差异；边界竖向约束，水平向自由；水平向地震动时程从基(2)输入地震波的特性对复合地基地震效应的岩面输入；土层总厚度50m；不考虑复合地基加固影响；区与非加固区土体之间可能产生的相对错动及摩(3)水泥土桩的加固宽度和深度对复合地基地擦。复合地基的有限

5、元分析模型如图1所示。，图1复合地基有限元分析模型Fig．1Finiteelementanalyticalmodelofcompositefoundation收稿日期：2004—12—22；修回日期：2005一O1—17作者简介：徐烨(1980一)，男，硕士研究生。主要从事土工抗震研究。Email：xynj2000@etang．tom维普资讯http://www.cqvip.com第2期徐烨等：水泥土桩复合地基场地地震效应分析183ABAQUS软件中的土体模型如Drucker—Prager模型和MohrCoulomb模型等都是土体静本H(}i'octlZ'oc。㈤构模型，没有土体动

6、力模型，因此需用子程序来定义当lfl>f，Il】l时，G一0．05G⋯用户自己所需要的土体动力本构模型。本文采用课加载卸载的转折点的判断是土体弹塑性地震反题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动本应的关键，为此定义一个向量eE：构模型]。课题组采用ABAQus用户子程序e一{￡11一￡，，￡22一，￡33一￡VUMAT定义了适用ABAQUS操作平台的土体动~／2E12，~／2￡13，~／2￡23}(5)力粘弹塑性本构模型的子程序。该模型采用参数、式中￡11、￡22、E33、￡12、￡13和￡23分别为各单元的正应变B和y。拟合试验结果得到的G／G～y和～y曲和剪应变。线。

7、其骨架曲线为：向量e的模与各单元八面体上的剪应变成正G⋯·y·[卜(y)]≤yul比。e的增量表达式为：)一IG⋯·y·[1一H(yIl】1)]>yuil：一e：十(6)(1)当持续加载时，d：de~)0；当卸载时，de'ide~(0。为保证计算的稳定性，取各类土破坏时的剪切踟一{)模量G⋯一0．05G⋯。式中y为应变极限值。因此该模型中的应力应变关系表示为：一十￡盎十2￡等k一1，2，3(7)，星一_式中C一一G件(8)／式中u为土的泊松比。H．／2场地条件和输入地