《傾斜液化場地地下管線破壞機理和試驗研究》是依託浙江大學，由黃博擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：傾斜液化場地地下管線破壞機理和試驗研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：黃博
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地基液化對管線的破壞作用主要有：液化使地基抗剪強度減小，管線上浮破壞；液化後地基不均勻沉降造成管線破壞；液化層局部側向流動導致管線大變形。這三種情況下，傾斜地基均會加劇地震破壞作用，對地下管道更為不利。針對實際上更為普遍的傾斜液化場地中地下管線地震破壞的問題，首先從單元體尺度深入認識初始物理狀態和應力狀態（特別是初始驅動剪應力）影響的土單元體動力特性，深刻認識初始剪應力造成的液化過程中土體應變積累＂優勢流＂現象，在此基礎上提出考慮初始驅動剪應力影響的彈塑性土體動力本構模型，發展更具普遍意義的有一定坡度的傾斜液化場地地下管線有效應力動力反應有限元數值分析方法，研究液化場地大變形條件下管道的地震回響和災變，對地下管線的地震反應進行全過程模擬，通過數值模擬和土工離心機振動台模型試驗的對比研究，驗證數值模擬理論的合理性，進一步揭示其破壞機理，完善、最佳化地下管道抗震設計方法，並提出工程對策。
結題摘要
地下管線在液化場地中的上浮破壞常因地表自然傾斜而加劇，現有的研究卻很少針對帶有一定坡度的場地。本項目綜合採用理論分析、數值模擬、室內試驗和離心機振動台試驗等手段對該問題開展研究，主要工作和進展如下： （1）基於朗肯土壓力理論和半無限彈性空間的地震波傳播理論，推導了傾斜場地中一點的應力狀態及地震波斜入射產生的複雜動力路徑；利用空心圓柱扭剪儀開展了飽和福建砂不同初始應力狀態和剪下路徑下的靜、動力試驗；定義等效動剪應力指標量化複雜路徑下剪應力水平；重點分析了初始主應力方向和載入方向不一致產生的非共軸塑性流動規律，提出相應的塑性應變增量計算模型。 （2）研發了包括傾斜場地模型製作及飽和、場地變形PIV測試、管道上浮力測試在內的離心模型試驗技術；通過超重力離心手段恢復應力場，研究了淺埋管道埋深及場地傾斜模式、密實程度、飽和條件、地震波幅和波形等因素下場地和管道的回響；分析得到傾斜場地管周土體在非液化時呈不對稱楔形向地表延伸破裂，而液化時呈“心”形流動、管頂土體局部側向滑移這一截然不同的變形模式；觀測結果推翻了部分學者對管道液化上浮在振動開始時發生、振動結束後停止的觀點，以土體飽和重度和結構物體積的乘積計算浮力的方法，僅在場地完全液化時才準確，在場地並未完全液化時將高估浮力作用；揭示管道上浮機理：管道運動是上覆土重、管底支承力和上覆土抗剪力綜合作用的結果，當液化打破管道平衡條件，管周超靜孔壓比超過臨界值時才發生上浮。 （3）從非液化傾斜場地中管道隆起問題出發，推導管道豎向隆起抗力計算式、非對稱破裂滑面與場地傾角的關係；提出了考慮振動過程中管底支承力變化影響的浮力計算方法、管道最終上浮位移量與土體最大孔壓比呈冪函式關係的經驗式；利用FLAC軟體開展了地震荷載作用下傾斜場地中管道數值分析，比較不同激勵幅值和埋深的影響，獲得淺埋和深埋情況下管道內力的不同分布模式：隨激勵幅值增長，淺埋管道內力增長速率更快，管道在低烈度下有小幅下沉，而高烈度下則明顯上浮，與試驗現象吻合；同時，為評價結構與場地回響間的關係，還進行了考慮動剪彈模附加衰減影響下的自由場地動力回響分析。本項目研究成果已發表SCI和EI收錄論文13篇（均標註資助），申請發明專利2項，授權軟體著作權1項，培養博碩士研究生6名。
