地震作用下重力式码头地基液化及变形 Ground liquefaction and deformation of gravity wharves by action of earthquake.pdfVIP

第4期 水利水运工程学报 No．4 2013年8月 ItYDRO．S吲CEAND口呱珈Ⅷ砸吲聃G Aug．2013 地震作用下重力式码头地基液化及变形 韩石，贡金鑫，张艳青 (大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024) 摘要：我国现行码头抗震设计规范采用的单水准抗震设计方法，不能反映不同地震烈度时的抗震性能．采用有 限差分软件FLAC3D，对重力式码头的地震响应和地基状况进行了分析计算，研究重力式码头在不同强度地震 作用下地基的超孔隙水压力、超孔压比和码头位移，并用国际航运协会码头结构抗震设计指南所规定的性能设 计准则进行了评判．计算表明，在强度较小地震作用下，所分析的重力式码头结构和地基的破坏程度较小，不影 响结构的正常使用．在较强地震作用下，沉箱底部置换砂超孔压比增幅较小，置换砂并未液化；码头陆侧回填土 层超孔压比增幅较大，回填土层在加速度峰值增加到0．29后，在不同位置发生液化，沉箱水平及竖向位移在加 速度峰值出现后急剧增大，最终导致重力式码头结构发生不同程度的破坏． 关键 词：重力式码头；抗震；液化；超孔压比；位移 中图分类号：TU43 文献标志码：A 重力式码头坚固耐久、抗冻抗冰、施工简单、维修费少且能承受较大荷载，在我国港1：3建设中得到广泛应 用．由于重力式码头靠其自身重量维持稳定，因此对地基承载能力要求较高，适用于岩基、砂基及较密实的黏 土地基等地质条件．工程实践表明，在地震作用下，若重力式码头设计不当，会发生滑移、倾覆等严重震害，如 1995年1月17日日本兵库县南部发生的7．2级地震使神户港所有港口设施陷于瘫痪，大量的重力式码头出 现了巨大沉降、倒塌及滑移． 地基破坏或液化是重力式码头地震破坏的主要特点，所以地基土的动力分析和液化条件是重力式码头 抗震设计的重要研究内容．方云等…通过一系列振动台试验，分析了地震液化条件下重力式码头的变形破 坏机理，提出了减小作用于挡土墙上的动土压力并充分填实基底下的砂土以增加重力式码头抗震稳定性的 设计建议；刘汉龙等旧1以应变空间的多重剪切机构塑性模型为本构关系，对沉箱式码头岸壁的破坏机理进 行了非线性动力有效应力分析，对码头陆侧易液化土层地基处理的合理范围给出了建议；H．B．Seed等从土 液化的应力状态出发，提出了自由场地液化的简化判别方法旧J，很多国外规范中的液化判别方法均是在此 程中的破坏，归根结底表现为过量的位移、变形或应变，而不完全取决于应力条件，问题的核心是防止土体出 现具有液化性质的流动破坏，而不在于必须达到初始液化的应力条件． 目前我国水运工程抗震设计规范中重力式码头的设计，仍局限于力的极限平衡方面，而且是重现期为 475年的单水准设计¨1．日本的码头设计(包括重力式码头在内)已实现基于位移的抗震设计。6o，并按两水 准进行设计．本文采用FLAC3D软件，对原位场地和重力式码头结构进行了模拟，研究了重力式码头结构在 不同强度地震下的有效应力、超孔压比及码头结构位移，结合国际航运协会《港口结构抗震设计指南》。7J，从 码头地震作用后的残余位移分析了码头结构的破坏程度． 收稿日期：2012—12—26 基金项目：国家自然科学基金资助项目 万方数据 水 利 水 运 工 程 学 报 2013年8月 1 FLAC 3D数值分析原理 FLAC 3D是国际通用的岩土工程专业分析软件，具有强大的计算功能和广泛的模拟能力．采用基于三 维显式有限差分的快速拉格朗日法进行数值分析，并应用了离散混合单元模型，可以精确模拟材料的屈服、 塑性流动、软化直至大变形，尤其对于材料的弹塑性分析及大变形分析等数值方法有其独到的特点． 1．1摩尔一库仑模型 FLAC 3D在进行岩土力学分析时，采用摩尔一库仑模型．这种模型适用于在剪应力下屈服，但剪应力只 取决于最大、最小主应力，而第二主应力对屈服不产生影响的松散或胶结的粒状材料． 1．1．1破坏准则摩尔一库仑模型破坏包线包括剪切破坏包线和拉伸破坏包线两部分．与剪切破