液化场地中吸力式桶形 jacket 基础沉降特性的振动台试验研究

《Soil Advances》：Shaking table tests on a scaled suction bucket jacket foundation to investigate the settlement behavior in liquefied soil

本文通过1-g振动台试验，研究了饱和中密砂中吸力式桶形 jacket 基础（SBJ）在100年和475年回归期地震作用下的变形响应。试验发现，桶内土体液化产生的超静孔隙水压力会形成瞬态上浮力，部分抵消结构重量，从而显著减缓SBJ的沉降速度。这一关键机制为地震荷载下的海上基础设计提供了重要见解。

　　

Highlight

土体的超静孔隙水压力响应

图10显示了三个桶下方不同高程处以及自由场中的超静孔隙水压力比（r_u）。超静孔隙水压力比定义为测得的超静孔隙水压力（Δu）除以初始有效应力（σ′_v）。当超静孔隙水压力比（r_u）接近或达到1.0时，即认为发生了土壤液化。先前的研究曾观察到，在浅基础下方会形成非液化土体。

关于土壤液化期间SBJ稳定性的讨论

多项研究表明，液化条件下管道或人孔的稳定性可以使用简化的极限平衡方法进行有效评估。结构在土壤液化期间的沉降行为可以用动量方程来描述，如公式(3)所示。基于相关研究，假设结构在液化土中下沉时，沉降以恒定速度发生。

结论

进行了一系列振动台试验来研究缩尺吸力式桶形 jacket 基础的变形响应。SBJ模型通过吸力辅助贯入安装到中密砂中，并承受了对应于100年和475年回归期地震事件的地震激励。测量内容包括 jacket-桶连接处的荷载、加速度、超静孔隙水压力以及振动期间SBJ模型和周围土体的沉降。试验结果表明，在两个地震事件期间，桶内土体均发生了液化，并且由于SBJ模型重量的抑制效应，桶内测得的超静孔隙水压力高于桶外。桶内产生的超静孔隙水压力产生了一个瞬态上浮力，部分抵消了SBJ模型的重量，导致沉降速度降低。研究发现，这个上浮力主要受SBJ模型重量控制，而非地震强度。监测超静孔隙水压力和沉降的演变过程揭示了控制SBJ沉降的关键荷载传递机制。结果强调，桶内诱导的上浮力可以在液化期间显著减缓SBJ的沉降，为地震荷载下的海上基础设计提供了关键见解。