覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究_闫志晓.pdf

第 44 卷第 3 期 岩 土 力 学 Vol.44 No.3 2023 年 3 月 Rock and Soil Mechanics Mar.2023 收稿日期：2022-06-24 录用日期：2022-09-18 基金项目：国家自然科学基金项目（No.51778207）；河北省教育厅在读研究生创新能力培养资助项目（No.CXZZBS2022038）；中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目（No.2021D02）。This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51778207),the Graduate Student Innovation Ability Training Project of Hebei Education Department(CXZZBS2022038)and the Scientific Research Fund of Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration(2021D02).第一作者简介：闫志晓，男，1995 年生，博士生，主要从事土动力及桩基抗震研究。E-mail: 通讯作者：李雨润，男，1978 年生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程、基础工程方面的研究与教学工作。E-mail: DOI：10.16285/j.rsm.2022.0967 覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应 离心试验研究离心试验研究 闫志晓1，李雨润1，王东升1，王永志2（1.河北工业大学 土木与交通学院，天津 300401；2.中国地震局工程力学研究所 地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080）摘摘 要：要：为探究覆水饱和砂土场地中土群桩基础桥梁结构体系动力相互作用规律，自主设计并制作了直（斜）群桩基础桥梁结构物理相似模型，开展了不同地震动强度和不同特性地震波输入下的离心机振动台试验，分析了群桩基础桥梁结构动力特性指标，探究了覆水饱和砂土地基超孔隙水压力发展规律和桩土相互作用动力响应特性。研究结果表明：覆水的存在对地基土桥梁结构体系的基本周期和阻尼影响很小，但会导致直群桩基础桥梁结构的振动幅值增加 20%，而斜群桩基础桥梁结构的振动幅值降低 10%；斜群桩基础模型阻尼比是直群桩基础模型的 2 倍。上覆水导致饱和砂土地基由受低频振动液化深度更大变为受高频振动地基液化深度更大，同时导致小震作用下促进超孔隙水压力发展，而大震作用下则反之。上覆水会增大桥梁上部结构的动力响应和桩身弯矩。上述研究结果可为覆水场地中桥梁工程抗震设计提供关键参考依据。关关 键键 词：词：桥梁工程；抗震性能；离心机振动台试验；覆水饱和砂土场地；群桩基础 中图分类号：中图分类号：TU470 文献标识码：文献标识码：A 文章编号：文章编号：10007598(2023)03086112 Centrifugal experimental study on seismic response of bridge pile group foundation in overlaying water sandy field YAN Zhi-xiao1,LI Yu-run1,WANG Dong-sheng1,WANG Yong-zhi2(1.College of Civil Engineering and Transportation,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,Institute of Engineering Mechanics,China Earthquake Administration,Harbin,Heilongjiang 150080,China)Abstract:In order to explore the dynamic interaction of the soil-pile group foundation-bridge structure system in overlaying water-saturated sand fields,a physical similarity model of the straight(oblique)pile group foundation-bridge structure was designed and fabricated.Centrifuge shaking table tests with seismic wave inputs of different ground motion intensities and characteristics were conducted.The dynamic characteristics indexes of pile group foundation-bridge structure were analyzed,and the development of excess pore water pressure in the overlaying water-saturated sand foundation and the dynamic response characteristics of pile-soil interaction was also investigated.The results indicated that the presence of overlaying water had little influence on the basic cycle and damping of the foundation soil-bridge structure system,but caused a 20%increase in the vibration amplitude of the straight pile group foundation-bridge structure system and a 10%decrease in the vibration amplitude of the oblique pile group foundation-bridge structure system.The damping ratio of the oblique pile group foundation model was twice as high as that of the straight pile group foundation model.The overlaying water caused the saturated sand foundation to change from a larger liquefaction depth under low-frequency vibration to a larger liquefaction depth under high-frequency vibration,meanwhile,it led to promote the development of excess pore water pressure under small earthquakes and vice versa under large earthquakes.Furthermore,the overlaying water would lead to an increase in the dynamic response of the bridge superstructure and the pile bending moment.The above research results could provide an essential reference for the seismic design of bridge engineering in overlaying water sand fields.Keywords:bridge engineering;seismic performance;centrifuge shaking table test;overlaying water-saturated sand field;pile group foundation 862 岩 土 力 学 2023 年 1 引 言 群桩是近些年跨江、河、湖、海桥梁工程中常采用的基础形式1，且有效的上覆水和土桩基础上部结构的相互作用设计是精细设计的桥梁上部结构平稳运行的保障；但地震作用下，地基液化导致的桥梁结构破坏仍是当前桥梁面临的主要灾害之一，例如 2021 年 5 月青海玛多地震和 2022 年 1 月青海门源地震的震害调查表明，震害现场河床及周边发现了地基液化2，且都造成了多座公路和铁路桥的严重震害。因此，开展覆水饱和砂土场地中土群桩桥梁结构的相互作用动力响应特征研究是桥梁抗震减灾的迫切需要。目前，国内外学者就地震中复杂的地基土桩基础上部结构的相互作用进行了大量的研究。Lombardi 等3-4研究了地基液化对桩基础支撑结构的模态参数，发现地基液化后桩支撑结构固有频率会大幅降低，结构阻尼比上升到 20%以上；惠舒清等5针对液化场地多跨简支桩基桥梁体系，考虑地震随机性的不确定性和认知的不确定性，结合地震危险性曲线自身的不确定性，推导性态指标危险性曲线的解析表达式；黄福云等6基于整体式桥台形钢桩土相互作用低周往复荷载拟静力试验，提出的多项式拟合法和黄林法能够较为准确地计算得到整体式桥台桩基土相互作用时的弯矩和剪力；Liu 等7-8通过离心试验研究了水平垂直双向振动下液化土桩的运动相互作用，证明了动态垂直总应力增量主要由过量孔隙水压力承担，对桩弯矩没有显著影响；李雨润9、闫志晓10等开展了饱和砂土场地 2 2 直群桩离心机试验，并建立了动静耦合非线性有限元数值模型，得出了地基液化加速度响应规律及桩身弯矩分布特征；Su 等11在具有中密砂层的可液化场地进行了群桩振动台试验，比较了桩和土壤的动力响应特性，并评估了结构的恢复力特性；Zhang 等12进行了一系列振动台试验，以研究具有不同固有频率的土层框架结构的动力相互作用，针对不同的土壤条件，评估了土壤和结构的固有频率和阻尼比随地震荷载强度的变化；Xu等13探究了液化、非液化、刚性地基上的桩基础柔性结构动力响应及土结构相互作用；冯忠居等14依托海文大桥工程，基于振动台试验，研究了强震下液化场地中群桩的动力响应特征及桩土相互作用 p-y 规律，并分析了强震作用下大直径深长单桩与群桩基础的动力时程响应差异15。另外，部分学者通过简化数值模型16-19、简化理论模型20-24、物理模型试验22等手段分析了地震、洪水冲刷等多灾害工况的非线性地基土桩基础桥梁结构的抗震性能，如 Wang 等23提出了一种基于脆性的“tornado diagram”方法评估桥梁结构和土壤参数的敏感性，并对架设在非液化和液化场地桥梁桩基进行了振动台试验24，比较了两个场地桩的不同破坏机制，评估了桩群效应，并指出在非液化土壤中，桩群效应显著，而在液化土壤中，桩群效应相对可忽略。综上所述，国内外学者在地基土桩基础上部结构的相互作用研究中取得了丰富的研究成果。然而对跨江河湖海的桥梁工程所在场地中的上覆水的影响有所忽略，因此本文在国内外学者的研究基础上，通过大型离心机振动台模型试验，开展覆水饱和砂土场地中直（斜）群桩基础桥梁上部结构体系的动力响应研究，探讨场地中上覆水对地基土中超孔隙水的发展、加速度响应影响，并分析桩基础受力特性、桥梁上部结构动力响应规律，旨在揭示上覆水对饱和砂土场地中直斜群桩基础桥梁结构体系抗震性能的影响，为桥梁结构抗震设计提供参考依据。2 试验简介 2.1 试验设备试验设备 离心试验采用中国地震局工程力学研究所恢先地震工程综合实验室装备的 DCIEM-30-400 大型动力 土 工 离 心 试 验 系 统25，如 图 1(a)所 示。DCIEM-30-400 大型土工离心系统26核心性能指标：离心机主体有效半径为 5.0 m，有效最大离心加速度为 100g，挂载最大质量为 3 000 kg，动态数采 168 通道，有效吊篮净空为 1.6 m(长)1.0 m(宽)1.8 m(高)；离心系统搭载水平单向振动台核心性能指标：最大振动加速度为 30g，最大振动速度为 1 m/s，最大振动位移为 0.015 m，有效振动频宽为10300 Hz，最大振动负载为 1 500 kg；本次试验采用离心试验系统配套的层状剪切模型箱，其尺寸为 1.20 m(长)0.50 m(宽)0.65 m(高)，水平单向振动台及配套剪切模型箱如图 1(b)所示。2.2 试验模型试验模型 场地试验原型为具有周期性上覆水的含深厚饱和砂层的河滩场地，饱和砂层厚度约为 15 m，桥梁桩基础为端承桩，穿越饱和砂层嵌固在底层坚硬层上；考虑桥梁实际场地情况，试验地基土采用天津河砂，其物理力学参数如表 1 所示，其颗粒级配曲线如图 2 所示。为保证饱和砂土地基饱和度，制备分为两个步骤，第 1 步采用砂雨法制备干砂地基，第 第 3 期 闫志晓等：覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究 863 (a)离心机主体部分 (b)离心机吊篮 图图 1 DCIEM-30-400 离心机振动台系统离心机振动台系统 Fig.1 DCIEM-30-400 centrifuge shaking table system 表表 1 天津细砂基本物理力学参数天津细砂基本物理力学参数 Table 1 Basic physical and mechanical parameters of Tianjin fine sand 物理力学 参数 Gs D60/m Cu Cc dmax/(kgm3)dmin/(kgm3)天津细砂 2.641 0.000 185 1.7 0.96 1 696 1 482 注：Gs为土颗粒的相对密度；D60为限制粒径；Cu为不均匀系数；Cc为曲率系数；dmax、dmin分别为最大、最小干密度。图图 2 天津细砂颗粒级配曲线天津细砂颗粒级配曲线 Fig.2 Tianjin sand particle grading curve 2 步将干砂地基置于真空环境中用黏度为 50 mPas的羟丙基甲基纤维素高分子溶液充分饱和。群桩基础上部结构桥梁试验模型是基于多跨连续梁桥设计，如图 3 所示。试验原型桥墩左右上部半跨桥板结构质量为 563.6 t，群桩基础承台质量为 198.4 t，桥墩高度为 10 m，群桩基础 2 2 对称布置，直径为 1.0 m，抗弯刚度为 1 995.8 MNm2；考虑桥梁抗震分析中上部结构的运动学效应及惯性效应，试验模型设计主要控制参数为桩身的抗弯刚度、结构固有频率、上部结构与承台质量比，模型为高承台基础，将其视为双自由度体系，其第 1 固有周期为 0.016 28 s，第 2 固有周期为 0.069 30 s，模型的承台与上部结构质量比为 0.35；综合DCIEM-30-400 大型土工离心试验系统的性能及其配套设备参数，确定本次试验的相似比为 50 倍。根据相似比计算得出试验模型参数如表 2 所示，试验模型中桩采用 6061 号铝管，直径为 20 mm，壁厚为 2 mm，长度为 500 mm；斜桩倾角为 10，倾斜方向为振动方向单向对称承布置；承台采用实心铝块；桥墩采用直径为 30 mm 的实心铝柱；集中质量采用实心钢块，如图 3 所示。图图 3 直直（斜斜）群桩基础群桩基础试验模型试验模型 Fig.3 Straight(oblique)pile group foundation test model 2.3 传感器布置传感器布置 试验中在上部结构、承台、地基土不同埋深处布置了 PCB 高精度加速度传感器；在地基土不同埋深处布设了中国地震局工程力学研究所自主研发的高精度 DSP-型孔压传感器27；为测量桩身中轴 101 粒径/m 小于某粒径的质量百分比/%100 80 60 40 20 0 102 103 固定底板 集中质量 墩柱应变 承台 桩基础 桩身 应变 20 cm 50 cm 50 cm 10 水平单向振动台 大型剪切模型箱 离 心 机 吊篮 数据采集模块 864 岩 土 力 学 2023 年 表表 2 试验模型参数及相似比试验模型参数及相似比 Table 2 Test model parameters and ratios of similitude 部件 集中质量 墩柱 承台 桩 参数 质量/kg 抗弯刚度/(MNm2)高度/m 质量/kg 尺寸/m 抗弯刚度/(MNm2)直径/m 长度/m 杨氏模量/GPa 原型 563 750 17 138.1 10.0 198 375 7.0 7.0 1.5 1 995.8 1.0 25 模型 4.51 0.002 742 1 0.2 1.587 0.14 0.14 0.03 0.000 319 0.02 0.5 69.2 注：表中各参数相似比分别为 503、504、50、503、50、504、50、50、。位置处弯矩动力响应，在桩身等间距粘贴应变传感器，并进行全桥连接；地基土中孔压传感器、加速度、应变传感器的每层布置埋深都一一对应，保证试验后分析桩土相互作用的可靠性。传感器布置如图 4 所示。图中，A1A9 为 PCB 加速度传感器，P1P5 为 DSP-型孔压传感器。2.4 试验工况试验工况 试验中采用 El-Centro 地震波和 Kobe 地震波，El-Centro 地震波为 1940 年美国 Imperial 山谷地震时记录的强震地震波，该地震波原始峰值加速度为0.349g，强震持续时间长，可达 26 s，主导周期为0.58 s；Kobe 地震波为 1995 年神户地震中港岛台站测得的一条强地震动，其具有振动时长短，主周期在 1.06 s 低频成份含量大的特点，地震动时程如图5 所示；试验中还进行了峰值加速度为 0.01g 的扫频激励。试验分为枯水工况和丰水工况两组，枯水工况是饱和砂土地基上部无上覆自由水体，丰水工况是饱和砂土场地上部有埋深 10 m（原型）自由水，图图 4 传感器布置图传感器布置图（单位：（单位：cm）Fig.4 Sensor arrangement(unit:cm)(a)0.3g El-Centro (b)0.3g Kobe 图图 5 0.30g El-Centro、Kobe 时程图时程图 Fig.5 0.30g El-Centro and Kobe time history curves 两组进行同样的地震动强度由小到大 7 种地震动激励，试验工况如表 3 所示。表表 3 不同地震动输入的不同地震动输入的试验工况试验工况 Table 3 Test conditions of different ground motion inputs 工况 地震动类型 地震动峰值/g 1 sweep wave 0.01 2 El-Centro 0.05 3 Kobe 0.05 4 El-Centro 0.10 5 Kobe 0.10 6 El-Centro 0.30 7 Kobe 0.30 3 试验结果及分析 3.1 地基地基桥梁结构体系阻尼比和频率桥梁结构体系阻尼比和频率 试验中在正式对试验模型输入地震波前，首先0 时间/s 加速度/g 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 时间/s 加速度/g 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 自由水 Z X Y 饱和细砂 中砂持力层 横向激励 位移传感器 孔隙水压力传感器 加速度传感器 应变片传感器 土压力传感器 LVDT1 LVDT2 丰水工况 枯水工况 斜桩倾角：10 剪 切 模 型 箱 AX 50 20 5 29.5 20 A11 A10 A9 A8 2.5 5 5 5 5 5 5 2 P1 P2 P3 P4 P5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 第 3 期 闫志晓等：覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究 865 对试验模型进行扫频激励，目的是获得枯水工况和丰水工况下地基土桥梁结构模型整体的固有特性。对上部集中质量块的加速度响应进行快速傅里叶变换，傅里叶变换是将获得的时域加速度响应变换为频域幅值响应，傅里叶变换后可以明确地基土桥梁结构体系的频谱特性，只根据傅里叶变换很难确定出振幅峰值点所对应的数据，故作者引入加权线性回归函数对加速度傅里叶变换进行处理，枯水工况及丰水工况下地基土桥梁上部结构的频谱特性如图 6、7 所示。(a)直群桩基础上部质量块频谱响应 (b)斜群桩基础上部质量块频谱响应 (c)直群桩基础承台频谱响应 (d)斜群桩基础承台频谱响应 图图 6 枯水工况扫频波诱发结构加速度响应傅里叶变换枯水工况扫频波诱发结构加速度响应傅里叶变换 Fig.6 Fourier transform of structural acceleration response induced by sweep waves in low flow conditions (a)直群桩基础上部质量块频谱响应 (b)斜群桩基础上部质量块频谱响应 (c)直群桩基础承台频谱响应 (d)斜群桩基础承台频谱响应 图图 7 丰水工况扫频波诱发结构加速度响应傅里叶变换丰水工况扫频波诱发结构加速度响应傅里叶变换 Fig.7 Fourier transform of structural acceleration response induced by sweep waves in high flow conditions 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 5 4 3 2 1 101 100 101 102 0 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 4.0 2.0 1.5 1.0 0.5 101 100 101 102 0.0 3.0 3.5 2.5 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 10 8 6 4 2 101 100 101 102 0 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 5 4 3 2 1 101 100 101 102 0 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 4.0 2.0 1.5 1.0 0.5 101 100 101 102 0.0 3.0 3.5 2.5 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 3.0 2.0 1.5 1.0 0.5 101 100 101 102 0.0 2.5 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 10 8 6 4 2 101 100 101 102 0 加速度频谱 加权回归线 频率/Hz 傅里叶幅值/103 5 4 3 2 1 101 100 101 102 0 866 岩 土 力 学 2023 年 对比枯水工况与丰水工况发现，地基土桥梁结构体系的第 1 峰值频率、第 2 峰值频率特性与上覆水无关，有无上覆水两种工况下试验模型的峰值幅值对应的频率特性如表 4 所示；上覆水层的存在明显影响了试验模型的振动幅值，丰水工况下直群桩基础试验模型的幅值整体比枯水工况增加 20%，丰水工况下斜群桩基础试验模型的幅值整体缩小约10%；对比相同工况下直群桩基础与斜群桩基础的频谱特性发现，斜群桩基础模型的第 2 峰值频率更大，直群桩基础模型更接近双自由度系统，斜群桩基础模型上部结构处频谱特性更接近单自由度系统（single degree of freedom system，简称 SDOF），分析原因为斜群桩模型的斜桩更能抵抗横向荷载，斜桩、承台和模型底板组成了类似三角形的稳定结构形式，故上部悬挑的集中质量块类似单自由度体系，但是斜群桩基础模型上部结构和承台的动力响应幅值都比直群桩基础要大；对比相同工况下集中质量处和承台处频谱特性，第 1 峰值频率出现受相应位置处质量控制，将试验模型视作有两种模态的双自由度体系，图 6(a)中第 1 峰值幅值对应的频率受该加速度采样处质量块的控制，该处的频率幅值谱特性可以描述为该试验模型的第 1 模态与第 2 模态的叠加，且以上部集中质量所控制地模态形式为主。表表 4 地基土地基土桥梁结构体系频率特性桥梁结构体系频率特性（单位：（单位：Hz）Table 4 Frequency characteristics of foundation soil-bridge structural system(unit:Hz)频率 枯水工况 丰水工况 Zmass Xmass Zcap Xcap Zmass Xmass Zcap Xcap 第 1 峰 值频率 1.146 1.537 2.884 3.232 1.117 1.511 2.957 3.149 第 2 峰 值频率 2.853 3.579 1.010 1.516 2.809 3.106 1.021 1.426 注：Zmass是直群桩基础上部集中质量处；Zcap是直群桩基础承台位置处；Xmass是斜群桩基础上部集中质量处；Xcap是斜群桩基础承台位置处。通过图 6、7 获得枯水和丰水工况下地基土桥梁结构体系上部集中质量处的第 1 峰值幅值为 Hm，Hm所对应的频率为 fn、Hm/2所对应的两个频率为f1、f2，通过半功率带宽法估算模型的阻尼比，主频频率、主周期、阻尼比见表 5，阻尼比 计算公式为 212nfff=（1）通过表 5 可以看出，上覆水层会增大地基土桥梁结构系统的主周期和阻尼比，但影响微弱；枯水工况和丰水工况中直群桩基础桥梁结构体系分别是斜群桩基础桥梁结构体系的阻尼比的 2.13、1.78倍。测算的主频率、主周期和阻尼比都将应用于后期的数值模拟工作中。表表 5 地基土地基土桥梁结构频率和阻尼特性桥梁结构频率和阻尼特性 Table 5 Frequency and damping characteristics of foundation soil-bridge structure 结构 枯水工况 丰水工况 主频率/Hz 主周期/s 阻尼比/%主频率/Hz 主周期/s 阻尼比/%Z 1.146 0.873 19.2 1.117 0.895 20.6 X 1.537 0.651 9.0 1.511 0.662 11.6 注：Z 表示直群桩基础桥梁结构；X 表示斜群桩基础桥梁结构。3.2 饱和砂土地基超孔压比、加速度响应特征饱和砂土地基超孔压比、加速度响应特征 图8、9分别给出了峰值加速度为0.05g和0.30g工况 El-Centro 地震波和 Kobe 地震波作用下不同地基土埋深位置处超孔压比的发展特征。超孔压比 ru计算公式为 uv/rp=（2）式中：v为该孔隙水压力采样点上覆土体的有效应力；p 为该采样点处动孔隙水压力，动孔隙水压力为孔隙水压力传感器采集的总孔隙水压力减去该点处的静孔隙水压力。当 ru1.0 时，即地基土的动孔隙水压力大于或等于地基土上覆有效应力，地基土将会失去强度，并产生一定的流动性，这一现象被称为地基液化。对比峰值加速度为 0.05g 工况和0.30g 工况可以发现，峰值加速度为 0.05g 工况由于地震动强度小，地基土超静孔压比最大达到 0.2，地基土未液化；地基土遭受到峰值加速度为 0.30g 强地震动作用时动孔隙水压力会快速积累，超静孔压比迅速上升并在地基土表层位置保持在 ru=1.0 附近，地基土由浅至深逐渐液化。在地震动结束后，地基土深处的超静孔压比率先开始减小，原因是地震动结束土颗粒之间的超静孔隙水由深层向地表逐渐排出，地基土有效应力逐渐恢复，故地表的超静孔压比维持在 1.0 位置比地基土深处的更久；对比同峰值加速度 El-Centro 和 Kobe 地震波工况的超孔压比发现，饱和砂土场地无上覆水情况下，包含更多低频成分的 Kobe 地震波工况地基土中孔隙水发展更快，而存在上覆自由水时，包含更多高频成分的 El-Centro 地震波工况地基土中孔隙水压力发展更快；在小峰值地震波作用下，上覆水会明显提高地基土的超孔压比，在峰值加速度为 0.30g 强地震动工况下，上覆水会明显降低地基土的超孔压比，使得地基土的液化深度降低，在振动过程中会产生极大的负孔压现象，且在浅层地基土中尤为显著。第 3 期 闫志晓等：覆水砂土场地中桥梁群桩基础地震响应离心试验研究 867 (a)El-Centrol 0.05g，枯水工况 (b)El-Centrol 0.05g，丰水工况 (c)Kobe 0.05g，枯水工况 (d)Kobe 0.05g，丰水工况 图图 8 峰值加速度峰值加速度 0.05gEl-Centro、Kobe 波作用下波作用下不同深度地基土超孔压比发展特征不同深度地基土超孔压比发展特征 Fig.8 Development characteristics of excess pore pressure ratio for foundation soil at different depths under the action of El-Centro and Kobe waves with a peak acceleration of 0.05g (a)El-Centrol 0.30g，枯水工况 (b)El-Centrol 0.30g，丰水工况 (c)Kobe 0.30g，枯水工况 (d)Kobe 0.30g，丰水工况 图图 9 峰值加速度峰值加速度 0.30g El-Centro、Kobe 波作用下波作用下不同深度地基土超孔压比发展特征不同深度地基土超孔压比发展特征 Fig.9 Development characteristics of excess pore pressure ratio for foundation soil at different depths under the action of El-Centro and Kobe waves with a peak acceleration of 0.30g 图 10 给出了峰值加速度为 0.05g 的 El-Centro地震波和 Kobe 地震波作用下不同埋深位置处地基土加速度响应放大倍数统计图，图中“o”标识的是无上覆水的枯水工况，“*”标识的是试验原型上覆 10 m 水深的丰水工况，对比发现峰值加速度为0.05g 的地震波作用下，地基土加速度放大倍数由浅0 时间/s 超静孔压比 0.0 0.5 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 1.0 0.5 1.5 0 时间/s 超静孔压比 0.0 0.5 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 1.0 0.5 1.5 0 时间/s 超静孔压比 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 1.0 0.8 1.2 0 时间/s 超静孔压比 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 1.0 0.8 1.2 0 时间/s 超静孔压比 0.15 0.10 0.05 0.00 0.05 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 0.25 0.20 0 时间/s 超静孔压比 0.15 0.10 0.05 0.00 0.05 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 0.25 0.20 0 时间/s 超静孔压比 0.15 0.10 0.05 0.00 0.05 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 0.25 0.20 0 时间/s 超静孔压比 0.15 0.10 0.05 0.00 0.05 P1 P2 P3 P4 10 20 30 40 50 0.25 0.20 868 岩 土 力 学 2023 年 至深依次减小；Kobe 地震波作用下地基土整体的放大倍数比 El-Centro 地震波要高；上覆水有效地降低了 El-Centro0.05g 工况中地基土加速度响应的放大倍数，而对 0.05g Kobe 地震波工况影响微弱。(a)El-Centro 0.05g 工况 (b)Kobe 0.05g 工况 图图 10 0.05g 地震波作用下不同埋深处地基土加速度响应地震波作用下不同埋深处地基土加速度响应 Fig.10 Acceleration response of soil at different depths induced by 0.05g seismic wave 图 11 给出了峰值加速度为 0.30g 的 El-Centro和 Kobe 地震波作用下地基土不同深度处（A1、A3、A5）和振动台台面输入（Ax）加速度响应，并给出了浅层地基土（A1）对应的超孔压比（P1）时程，对比发现地基土液化会伴随加速度响应消失，原因是地基土液化，有效应力完全丧失，地基土失去强度，加速度传感器处于漂浮状态，导致信号消失；从不同埋深加速度响应上分析，地基土浅层液化最先出现，并伴随在地基土振动过程中，深层地基土不易液化；地基土同埋深同地震动工况下，地基土上覆水会明显增加地基土的抗液化性。3.3 桥梁上部结构加速度响应桥梁上部结构加速度响应 图 12 给出了不同峰值加速度 El-Centro 地震动和 Kobe 地震动、饱和砂土地基有无上覆自由水多工况下对直斜群桩基础桥梁上部结构处和承台处加速度响应的放大趋势；图中 Azmass表示直群桩基础模型上部质量块位置加速度放大倍数，Azcap表示直群桩基础模型承台位置加速度放大倍数，Axmass表示斜群桩基础模型上部质量块位置加速度放大倍数，(a)枯水工况 El-Centro 0.30g (b)丰水工况 El-Centro 0.30g (c)枯水工况 Kobe 0.30g (d)丰水工况 Kobe 0.30g 图图 11 峰值加速度峰值加速度 0.30g 地震波作用下不同埋深处地基土加速度响应地震波作用下不同埋深处地基土加速度响应 Fig.11 Acceleration response of soil at different depths induced by seismic wave with peak acceleration of 0.30g 0 时间/s 加速度/g 1 2 10 20 30 40 50 1 0 2 A1 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 1 2 1 0 2 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 1.5 1.0 0.5 0.0 0.5 超静孔压比 ru 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 A3 A5 AX P1 0 时间/s 加速度/g 1 2 10 20 30 40 50 1 0 2 A1 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 1 2 1 0 2 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 1.5 1.0 0.5 0.0 0.5 超静孔压比 ru 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 0 时间/s 10 20 30 40 50 A3 A5 AX P1 0 时间/s 加速度/g 1 2 10 20 30 40 50 1 0 2 A1 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 1 2 1 0 2 0