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承受压力的桥梁 特别是如果震动引发称为液化的类似流沙的土壤反应
2022年07月12日    阅读量:20238    新闻来源:超级信息网  |  投稿

桥梁能承受地震吗?其中一个很大的未知数是,桥梁在地震震动下可能沉降多远,特别是如果震动引发称为液化的类似流沙的土壤反应。

加利福尼亚大学(UC)戴维斯分校(Davis)的科学家们汇编了迄今为止最详细的实验数据,这些数据是关于液化引起的下拖力如何在地震震动期间增加施加在桩基上的结构荷载的。

他们的数据集获得了2022年设计安全数据集奖,该奖项表彰了数据集对自然灾害研究的不同贡献涂料在线coatingol.com


承受压力的桥梁 特别是如果震动引发称为液化的类似流沙的土壤反应 超级信息网


“如果桩穿过可液化沉积物,这项研究将有助于预测桩基的沉降量,”数据集的合著者、加州大学戴维斯分校名誉教授布鲁斯·库特说。

“我们的研究也有助于我们对这一现象的理解朝着这样一个方向发展:我们可以将土壤和结构作为一个系统,从基础一直到上层建筑,”数据集的合著者、加州大学戴维斯分校副教授凯特琳娜·齐奥托普卢(KaterinaZiotopoulou)说。


现代桥梁由一种叫做桩的大柱子支撑,桩被深深地打入地下。液化是由于地震震动期间产生的过量孔隙水压力而导致的土壤强度损失,可使桥梁桩下正常稳定的砂层失去其抗剪强度。此外,当振动停止后多余的孔隙水压力消散,并且土壤在沉降时恢复其强度时,这也会影响桩,然后将其向下拖曳。


数据报告中有许多实验,科学家改变了可液化层的厚度和地层;摇晃的强度;还有桩。他们监测了桥梁基桩上的下拖力是如何形成的。“我们的数据集细化了所有这些相互依存的因素的顺序鈥攖他摇晃,水压增加,耗散,沉降,以及随后的轴向荷载增加。这些事情是按顺序发生的,”库特说。


首席研究生研究员Sumeet Kumar Sinha博士在Kutter教授和Ziotopoulou教授的指导下,在加州大学戴维斯分校设计了一系列模型试验,包括粗砂、粘土、松散砂和密实砂的分层土壤剖面。将仪器模型桩插入土层中。加速度计、孔隙压力传感器、线性电位计和沉降标记测量了桩加速度以及土壤和桩的沉降。然后在配备振动台的9米半径土工离心机上测试模型。进行了锥体贯入试验、桩荷载试验和十字板剪切试验,以确定模型在试验不同阶段的状态。


Ziotopoulou补充道:“我们开发了新的非接触式位移跟踪程序,将摄像机和激光线放置在模型上方。”“我们开发了图像处理技术,以便将两者结合起来,对桩如何移动土壤有一个非常清晰的概念。”

Ziotopoulou说:“我们发现了一些意想不到的情况,但数据也证实了这一点。在震动过程中,出现了几种导致桩沉降的机制。”。科学家们原本预计,大部分破坏将发生在地震结束后。

库特补充说:“我们还了解到,桩不太可能比周围的地面沉降更多。”这对于桥梁设计来说是个好消息,因为之前人们认为,如果桩上的下拖力很大,可能会导致桩显著下沉。


库特补充说:“只有当孔隙压力从液化层迁移到桩端周围的承重层时,桩端周围的土壤强度显著降低,我们才观察到桩发生了显著的下沉。孔隙压力迁移的重要性令人惊讶。”作者将实验的成功归功于数据集和研究的合著者Sumeet K.Sinha,他现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员。


齐奥托普卢说:“辛哈在设定基调方面非常精巧,并在描述系统每个组成部分的震动之前、期间和之后的情况方面发挥了主导作用。我们现在有了这个完整的观点。”作者希望这些数据能被尽可能广泛的研究人员使用,从实验学家到数值建模者。


Ziotopoulou说:“我们希望确保数据的多样性,以便其他实验人员能够看到我们如何处理我们的协议,从中获得灵感并从中学习。对于数值建模者,我们提供了离心机记录的原始数据,但也处理了数据,以节省处理时间。”作者承认,他们之所以选择DesignSafe作为他们的数据平台,是因为其安全性和稳定性的记录,以及它提供的灵活性。Ziotopoulou说:“我很高兴DesignSafe平台为用户提供了以最有意义的方式管理数据的灵活性。”


她还赞赏在数据集上生成数字对象标识符(DOI)编号的能力,这有助于其他研究人员查找和参考数据。

“我们的数据共享、存档和可用是有道理的。在DesignSafe上拥有它意味着它可以在未来使用。”

Ziotopoulou说:“数据和建模有助于我们理解土-桩-桥系统。它们不是岛屿。土壤、桩、建筑鈥攖嘿,一起工作。在我们前进的过程中,我们应该解决这些问题,并评估它们之间的相互作用。"

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