粉质粘土坝基振冲碎石桩基础动力特性及液化研究.pdf
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1、第9 期2023年9 月文章编号:1 6 7 3-9 0 0 0(2 0 2 3)0 9-0 1 1 2-0 3陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.9September,2023粉质粘土坝基振冲碎石桩基础动力特性及液化研究周本能,宁子龙,赵松(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都6 1 0 0 0 0)【摘要振冲碎石桩是提高软弱地基特别是低液限地基承载力、减小上部结构变形及确保稳定安全的一种常用地基加固措施。依托流沙河低液限粉质粘土坝基混凝土坝工程,采用三维有限元分析软件ANSYS,开展振冲碎石桩复合地基及上部结构的三维动力特性研究,重点分析典型坝段在地震作用
2、下的变形特征、应力分布规律以及砂层液化情况,论证振冲碎石桩加固方案的可行性。研究成果可为工程设计提供理论依据,供类似工程参考。【关键词混凝土重力坝;地基处理;振冲碎石桩;有限元分析【中图分类号TV642.3【文献标识码BStudy on dynamic characteristics and liquefaction of vibroflotation gravel pilefoundation in silty clay dam foundationZhou Benneng,Ning Zilong,Zhao Song(PowerChina Chengdu Engineering Co.,Lt
3、d.,Chengdu 610000,Sichuan)Abstract:Vibroflotation gravel pile is a common reinforcement measure to improve the bearing capacity of softfoundation,especially the low liquid limit foundation,and to ensure the deformation and stability of superstructure.Based onthe low liquid limit silty clay dam found
4、ation concrete dam project of Liushahe River,this paper uses the three-dimensionalfinite element analysis software ANSYS to carry out the research on the three-dimensional dynamic characteristics ofvibroflotation gravel pile composite foundation and superstructure,focusing on the analysis of the def
5、ormation characteristics,stress distribution laws and sand liquefaction of typical dam sections under the action of earthquake,and the feasibility ofthe vibroflotation gravel pile reinforcement scheme is demonstrated.The research results provide a theoretical basis forengineering design and can be u
6、sed as a reference for similar projects.Key words:Concrete gravity dam;foundation treatment;vibroflotation gravel;finite element analysis荷载试验综合确定了复合地基承载力特征值。刘玉恒等 4使1概述用FLAC有限差分软件,采用摩尔库伦塑性模型,对振冲振冲碎石桩法是以碎石或者卵石为主要填筑材料,通过碎石桩的沉降量进行分析,并且对比分析了计算结果与现场振冲器产生振动力和压力水的作用在地基中造孔,向孔中填检测试验结果。刘洋等 5 采用振动荷载作用下超孔隙水压力筑碎石
7、并振密形成桩体,达到提高地基承载力和抗震液化能产生的能量模型,考虑耗散能量和孔径扩张的影响及相互作力、减少不均匀沉降的地基处理方法。在现场试验方面,刘用,对复合振冲碎石桩施工过程进行了数值模拟,讨论了排华等!通过振冲碎石桩试验方案的制定及实施,提出了在南水井的存在对复合振冲碎石桩孔隙水压力发展变化的影响,水北调南阳二标段粉质粘土中进行振冲加固地基的施工工艺并对普通碎石桩和复合碎石桩的地基加固效果进行对比分流程和技术参数,分析了振冲碎石桩的效果。李向群等 2 针析。对振冲碎石桩处理软土地基,根据超重型动力触探、重型动本工程坐落在人工堆积素填土层及冲击堆积物上,强度力触探的试验结果,论证了振冲碎石
8、桩处理软基后具有提高较低,存在地震液化的可能性,会大大降低地基整体承载力,了复合地基地基承载力、变形模量和减少沉降的作用。在数影响结构安全。本文以3#生态坝为研究对象,采用振冲碎石值模拟方面,蒋涛等3 针对新疆某电厂上部结构地基承载力桩对地基进行加固处理,对大坝结构及坝基在动荷载作用下要求,提出碎石桩复合地基加固方案,基于数值仿真和现场的变形和应力分布情况进行计算分析。收稿日期 2 0 2 2-1 0-2 5【作者简介周本能(1 9 8 3-),男,四川广元人,高级工程师,主要从事水利水电工程方向工作。:112第9 期2023年9 月2工程概况本工程为混凝土重力跌水坝,正常蓄水位8 1 5.0
9、 0 m,最大坝高7.5 0 m,分为5 5 个溢流坝段。坝基处理挖除第一层低液限黏土,回填砂砾石料,碾压密实,采用振冲碎石桩加固,桩端深人持力层1.5 m,桩径1.0 m,桩距2.0 m,桩长1 2.4m。3振冲碎石桩复合地基的三维动力特性研究3.1计算模型选取工程最不利断面附近三个坝段建模,垂直方向Y向上为正;横河向X向左为正;顺水流方向Z向下游为正。模型包含48 42 8 个单元,47 3 8 7 个节点,见图1。对模型整体结构进行模态分析和谱分析,采用单点响应谱法模拟工程在铅直向、顺河向、横河向和双向地震作用下,模型的应力、位移特性,并对结果进行分析;对模型进行谐响应分析,采用模态叠加
10、法模拟工程在正常运行工况下受到地震作用,模型的应力、位移特性,并对结果进行分析。图1 网格及材料划分模型图3.2材料参数将岩土体材料视为理想的弹塑性介质,采用Drucker-Prager模型作为本构模型。动力计算混凝土动弹性模量取静弹性模量的1.5 倍,其余参数见表1。表1 材料物理力学参数弹性密度模量材料名称泊松比kg/mMPaC25混凝土2400低液限黏土16001 低液限粉土16002 松散粉土质砾16805 松散卵石混合土21303 中密卵石混合土22003.3动力计算工况工程区地震动峰值加速度为0.1 5 g,地震动反应谱特征周期为0.45 s,地震基本烈度为VI度。采用加速度峰值为
11、0.1 5 g,竖向地震加速度采用水平方向加速度的2/3。计算工况采用正常运行工况加地震荷载。3.4地基处理后的动力特性(1)铅直位移计算结果分析正常蓄水位下遇铅直向地震作用的铅直向位移分布见图2;在顺河向地震作用下铅直向位移见图3,不同地震作用下大坝铅直向最大位移计算结果见表2。陕西水利Shaanxi Water ResourcesNODALSOLUTIONUY(AVC)RSYS=SOLLLDMX=052888SMN=.052355SMX-.006368.052355-.039306-26256-.013206-.156E03.04583-.032781.019731-.006681-.00
12、6368图2 销铅直向地震工况铅直向位移云图NODALSOLUTIONNODALSOLUTIONUY(AVG)UY(AVG)RSYS=SOLURSYS=SOLUDMX-.061841LDMX=.060987SMN=-051608SMN=.048238SMX.005785SMX=.032874.051608-.038854-.0261-.013346-592E-03.048238-.044824.04141.037996.034581.045231.032477.019723.006969.008785.046531.043117.039703.036289032874图3 顺河向地震工况铅直向
13、位移云图表2不同地震作用下大坝铅直向最大位移计算结果重力坝铅直向最大位移/mm重力坝正常运行工况39.72原河道在铅直向地震作用下,铅直向位移最大值发生在砼铺盖中段。在顺河向地震作用下,铅直向位移最大值发生在砼铺盖与大坝交界处。在铅直向地震作用下大坝左右岸的铅直向位移分布较顺河向地震工况变化平缓,可见顺河向地震作用对铅直向位移变化分布较铅直向地震作用产生较大的影响。在铅直向地震和顺河向地震作用下大坝铅直向最大位移较正常运行工况分别增加-42.6 3 mm、-48.2 4m m,即增加7.3 2%、21.44%。(2)顺河向位移计算结果分析正常蓄水位下,铅直向地震作用顺河向位移分布见图4,顺河向
14、地震作用下顺河向位移见图5,不同地震作用下大坝顺内摩粘聚力擦角MPa/)25500.16780.32100.3200.3360.2859.60.23No.9September,2023NODALSOLUTIONUY(AVG)RSYS=SOLUDMX=.043624SMN=-.04263SMX=.027483.04263.039264.035898.032532.029166.040947.037581-.034215.030849.027483铅直向地震-42.63河向最大位移计算结果见表3。NODALSOLUTION1UY(AVG)2.8500.0180.008100.005120.0011
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