含軟弱夾層場(chǎng)地-樁承橋臺(tái)-路堤作用體系地震反應(yīng)分析

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410075)

歷次公路橋梁震害調(diào)查結(jié)果表明，作為路堤與橋梁過(guò)渡段的橋臺(tái)在地震中破壞較多，橋臺(tái)一旦被損壞，道路通行將中斷，將延緩災(zāi)后救援工作開展[1-2]。橋頭段抗震問(wèn)題引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注，并從不同側(cè)面分析在地震作用下橋頭段橋臺(tái)震害特征和災(zāi)害機(jī)制，取得了一些有益的結(jié)論。孫治國(guó)等[3]利用pushover 方法建立高原大橋有限元模型，揭示了橋臺(tái)破壞機(jī)理，并得出橋臺(tái)3種不同的破壞模式，認(rèn)為震害易受損部位為胸墻、前墻以及其與翼墻交界處。李曉莉等[4]采用多模型多平臺(tái)分析方法，進(jìn)一步得出臺(tái)后填土破壞將增加主梁與橋臺(tái)之間的位移。ERHAN 等[5]發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)與填土相互作用影響樁承橋臺(tái)地震反應(yīng)。為揭示擋墻位移與土壓力分布之間的關(guān)系，張建經(jīng)等[6]進(jìn)行了大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，并給出經(jīng)驗(yàn)公式估算擋墻位移。LI 等[7]開展單跨梁橋振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，在橋梁縱向輸入激勵(lì)，研究了橋臺(tái)在不同固定方式下受到地震沖擊的影響。王建等[8]揭示了路堤呈現(xiàn)上部拉裂、下部鼓脹的震害特征，與震害調(diào)查結(jié)果相吻合。石麗峰等[9]利用FLAC 軟件建立了二維單跨整體式橋臺(tái)有限差分模型，建議采用加筋土能提高橋臺(tái)的抗震性能。橋臺(tái)震害特征不但決定于自身振動(dòng)特性，而且與橋頭段的路堤、地基等因素有關(guān)。DAKOULAS等[10]利用FLAC3D軟件建立了碼頭沉箱三維模型，認(rèn)為擋墻的旋轉(zhuǎn)主要與地基土的密實(shí)度、地震的強(qiáng)度有關(guān)。KOZAK 等[11]通過(guò)對(duì)整體式橋臺(tái)模型進(jìn)行了動(dòng)力分析，認(rèn)為橋臺(tái)樁基在地震中的破壞與樁周圍土體的破壞密切相關(guān)。曲宏略等[12]對(duì)不同地基上的擋土墻地震土壓力分布展開了研究，認(rèn)為土質(zhì)地基上的擋土墻更容易震害。王海濤等[13]利用非線性有限元UWLC軟件建立液化場(chǎng)地上的橋臺(tái)模型，分析了梁的約束、液化層厚度和有無(wú)樁基對(duì)橋臺(tái)震害影響。這些研究富有成效，從不同側(cè)面加深了橋頭段橋臺(tái)震害特征和機(jī)理的理解。隨著我國(guó)公路網(wǎng)建設(shè)擴(kuò)大，橋臺(tái)不可避免地建設(shè)在含軟弱夾層場(chǎng)地上，已有研究結(jié)果表明，軟弱夾層有吸收和放大作用[14]，復(fù)雜場(chǎng)地條件和結(jié)構(gòu)形式將加劇結(jié)構(gòu)的破壞，而目前對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)地上樁承橋臺(tái)地震響應(yīng)規(guī)律研究相對(duì)較少。本文作者基于有限差分法，建立含軟弱夾層場(chǎng)地-樁承橋臺(tái)-路堤三維動(dòng)力分析計(jì)算模型，探究強(qiáng)震作用下橋頭段震害特征和機(jī)理。

1 計(jì)算方法

1.1 計(jì)算模型

含軟弱夾層場(chǎng)地-樁承橋臺(tái)-路堤作用體系主要包含錐坡、臺(tái)前溜坡、臺(tái)后路堤、樁承橋臺(tái)、地基5個(gè)部分。假定梁為簡(jiǎn)支梁，與橋臺(tái)連接為滑動(dòng)支座，樁和橋臺(tái)為彈性體，橋臺(tái)承受簡(jiǎn)支梁的豎向荷載。

模型橫向水平長(zhǎng)度為56 m，縱向水平長(zhǎng)度為62 m，豎向水平長(zhǎng)度為46 m。路堤與橋臺(tái)寬12 m，路堤高6 m，橋臺(tái)與路堤兩側(cè)的錐坡以及橋臺(tái)前側(cè)的溜坡坡率為1:2；橋臺(tái)高6 m，厚2 m，寬12 m；承臺(tái)高2 m，厚6 m，寬12 m；橋臺(tái)樁基長(zhǎng)18 m，樁徑1 m，樁身布置滿足JG J94—2008“建筑樁基技術(shù)規(guī)范”[15]要求。路堤、錐坡、樁承橋臺(tái)以及地基的尺寸詳見(jiàn)圖1。

1.2 地震動(dòng)輸入

根據(jù)GB 50011—2010“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”[16]，設(shè)計(jì)基本設(shè)防烈度為9度的0.4g加速度反應(yīng)譜，并從NGA-WEST2 地震記錄數(shù)據(jù)庫(kù)選取EL-Centro波。根據(jù)TRIFUNAC 等[17]利用Arias 強(qiáng)度定義地震動(dòng)時(shí)，截取地震動(dòng)Arias 強(qiáng)度的0.1%～95%，并且在截取過(guò)程中選擇起止點(diǎn)拓至最近的零交點(diǎn)，保證了地震動(dòng)的基本特征并且縮短計(jì)算時(shí)間提高模型計(jì)算效率。地震動(dòng)傅里葉頻譜見(jiàn)圖2，由圖2可知：地震動(dòng)的主要頻率集中在10 Hz以內(nèi)。基線濾波處理的截取地震動(dòng)加速度時(shí)程見(jiàn)圖3，截取地震動(dòng)與原始地震動(dòng)速度時(shí)程見(jiàn)圖4。由圖3和圖4可知：截取的地震動(dòng)速度與原始地震動(dòng)速度基本一致，說(shuō)明地震波選取是合理的。

圖1 模型尺寸Fig.1 Model dimension

圖2 地震動(dòng)傅里葉頻譜Fig.2 Fourier spectrum of ground motion

1.3 網(wǎng)格劃分與動(dòng)力邊界

在動(dòng)力分析中，網(wǎng)格長(zhǎng)度影響地震動(dòng)在模型中的傳播。KUHLEEYER 等[18]將傳播方向的網(wǎng)格最大長(zhǎng)度取為小于或等于地震動(dòng)最大頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/10～1/8。地基、路堤、橋臺(tái)、錐坡、溜坡采用六面體單元，橋臺(tái)樁基采用結(jié)構(gòu)單元，樁與承臺(tái)之間用link單元進(jìn)行固接，計(jì)算模型共計(jì)92 042個(gè)單元，95 138個(gè)節(jié)點(diǎn)。路堤縱向方向網(wǎng)格劃分剖面見(jiàn)圖5，鄰近樁承橋臺(tái)的網(wǎng)格劃分較密，遠(yuǎn)離樁承橋臺(tái)的網(wǎng)格劃分較稀疏。計(jì)算模型整體尺寸劃分詳見(jiàn)圖6。

圖3 截取地震動(dòng)加速度時(shí)程Fig.3 Intercept time history of ground motion acceleration

圖4 截取地震動(dòng)與原始地震動(dòng)速度時(shí)程Fig.4 Intercept time history of ground motion and original ground motion velocity

在靜力計(jì)算時(shí)，在模型的四周固定水平位移，模型頂面為自由面，側(cè)面為滾動(dòng)支座，底面為固定支座。在動(dòng)力計(jì)算時(shí)，模型的四周施加自由場(chǎng)邊界，底部施加黏滯邊界，將地震動(dòng)的速度時(shí)程按下式轉(zhuǎn)化為應(yīng)力時(shí)程施加在模型底部[19]：

式中：σs為剪應(yīng)力；ρ為土體密度；Cs為介質(zhì)剪切波的波速；vs為模型邊界上切向速度分量。

圖5 沿路堤縱向網(wǎng)格尺寸劃分剖面Fig.5 Section along embankment longitudinal grid size

圖6 三維計(jì)算模型Fig.6 Three-dimensional numerical model

1.4 模型計(jì)算參數(shù)

地基、路堤、錐坡、溜坡為黏性土，其本構(gòu)采用摩爾庫(kù)侖模型[20]。地基土層為4 層，第1 層為可塑黏土，其厚度為6 m，剪切波速為159 m/s；第2層為淤泥質(zhì)土，其厚度為6 m，剪切波速為88 m/s，天然含水率為40%；第3 層土為粉土，其厚度為12 m，剪切波速為264 m/s；第4層土為黏質(zhì)粉土，其厚度為16 m，剪切波速為328.4 m/s，其中第2層土為軟弱夾層[21-22]。路堤填土與地基土的力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。橋臺(tái)、承臺(tái)和樁的本構(gòu)采用線彈性模型，其彈性模量為28 GPa，泊松比為0.2。

1.5 接觸面與阻尼

橋臺(tái)與土體之間的相互作用采用接觸面單元模擬，單元的法向剛度為10 倍的等效剛度[23]，切向剛度為法向剛度的1/3[24]，接觸面黏聚力和摩擦角的取值為相鄰?fù)馏w的0.5[19]，樁土之間相互作用采用耦合彈簧單元模擬，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2[19,23]。巖土中材料的臨界阻尼比一般為2%～5%，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的臨界阻尼比一般為2%～10%，本文的臨界阻尼比取5%[9,19]。

1.6 監(jiān)控點(diǎn)布置

監(jiān)控點(diǎn)布置見(jiàn)圖7，在橋臺(tái)中心正下方的地基中，向下按間隔2 m布置點(diǎn)。橋臺(tái)臺(tái)身以及樁身按間隔1 m布置點(diǎn)，并在承臺(tái)四角布置點(diǎn)。沿路堤方向距橋臺(tái)10 m內(nèi)，按間隔1 m布置點(diǎn)，距橋臺(tái)10～18 m內(nèi)按間隔2 m布置點(diǎn)。臺(tái)前溜坡按間隔1 m布置點(diǎn)。

表1 土體參數(shù)Table 1 Soil properties

表2 接觸面參數(shù)Table 2 Interface properties

圖7 監(jiān)控點(diǎn)布置Fig.7 Layout of monitoring points

1.7 計(jì)算過(guò)程

動(dòng)力分析之前需進(jìn)行靜力計(jì)算，在靜力計(jì)算的基礎(chǔ)上，施加地震動(dòng)荷載，具體計(jì)算過(guò)程如下：

1)賦予土體為彈性模型，建立樁承橋臺(tái)，使模型在重力作用下達(dá)到平衡；

2)對(duì)位移場(chǎng)、速度場(chǎng)清零，賦予土體摩爾庫(kù)侖塑性參數(shù)，重新達(dá)到平衡；

3)施加梁對(duì)橋臺(tái)的豎向力，并以模型此時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為動(dòng)力分析的初始應(yīng)力狀態(tài)；

4)對(duì)模型的位移場(chǎng)、速度場(chǎng)清零，釋放模型底部、4個(gè)側(cè)面的固定邊界，對(duì)模型側(cè)面施加自由場(chǎng)邊界，對(duì)底部施加黏滯邊界。輸入地震動(dòng)，開啟大變形計(jì)算。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 靜力分析

圖8 樁承橋臺(tái)自重豎向應(yīng)力云圖Fig.8 Vertical stress nephogram of self-weight piled abutment

樁承橋臺(tái)土體自重豎向應(yīng)力云圖見(jiàn)圖8，由圖8可知：土體豎向應(yīng)力分層明顯，底部豎向應(yīng)力的有限差分法計(jì)算值為891.8 kPa，實(shí)際土體自重應(yīng)力為898.8 kPa，兩者相差不大。

靜力平衡后的橋臺(tái)水平位移見(jiàn)圖9，可見(jiàn)橋臺(tái)的位移包含平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。

臺(tái)后土壓力分布見(jiàn)圖10，由圖10可知：土壓力的分布規(guī)律為非線性分布，橋臺(tái)頂部的土壓力較大，這是由于橋臺(tái)頂部向路堤側(cè)偏移，推動(dòng)填土，其位移為0.15 mm；距臺(tái)頂1～6 m 處的橋臺(tái)土壓力隨高度先增大后減小，與FANG等[25]通過(guò)試驗(yàn)得出的規(guī)律類似。本文有限差分法計(jì)算的土壓力為222.5 kN，朗肯土壓力理論計(jì)算的土壓力為169 kN，兩者相差53.5 kN。相關(guān)研究表明，臺(tái)后土壓力達(dá)到主動(dòng)極限狀態(tài)所需位移為0.3%～1.0%H(H為橋臺(tái)高度)[25-26]，橋臺(tái)底部水平位移為0.62 mm，即0.01%H，可見(jiàn)臺(tái)后土壓力未達(dá)到主動(dòng)極限狀態(tài)，因此，有限差分法計(jì)算的土壓力大于主動(dòng)極限狀態(tài)土壓力。本文計(jì)算土壓力作用點(diǎn)高度為2.37 m，即0.4H，文獻(xiàn)中的鐵路橋臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[27]得出類似規(guī)律。由此，橋臺(tái)土壓力分布、大小以及計(jì)算作用點(diǎn)高度說(shuō)明本文計(jì)算模型和計(jì)算方法是合理的。規(guī)范中土壓力計(jì)算作用點(diǎn)高度為0.33H，與本文計(jì)算值相比較小，應(yīng)適當(dāng)提高土壓力計(jì)算作用點(diǎn)高度來(lái)進(jìn)行橋臺(tái)抗傾覆驗(yàn)算。

圖9 橋臺(tái)水平位移Fig.9 Horizontal displacement of abutment

圖10 橋臺(tái)土壓力分布Fig.10 Distribution of earth pressure of abutment

靜力平衡時(shí)橋臺(tái)的豎向位移云圖見(jiàn)圖11，由圖11可知：樁周土體的豎向位移呈漏斗狀曲線分布。橋臺(tái)沉降位移為3.4 mm，樁端沉降位移為1.3 mm。根據(jù)我國(guó)JG J94—2008“建筑樁基技術(shù)規(guī)范”[15]中的實(shí)體深基礎(chǔ)法，樁身壓縮量計(jì)算值為2.2 mm，樁端沉降為1.31 mm。樁端以下土層沉降位移見(jiàn)圖12。由圖12可知：本文計(jì)算樁端下土層沉降與規(guī)范計(jì)算沉降相吻合，沉降隨深度變化趨勢(shì)一致。由規(guī)范計(jì)算的橋臺(tái)沉降為3.51 mm，與本文計(jì)算方法結(jié)果一致，這進(jìn)一步說(shuō)明計(jì)算模型是合理的。

圖11 靜力平衡時(shí)橋臺(tái)豎向位移云圖Fig.11 Vertical displacement nephogram of piled abutment at static equilibrium

圖12 樁端下土層沉降位移Fig.12 Soil subsidence displacement under pile

前、后排樁樁身水平位移見(jiàn)圖13，由圖13可知：前、后排樁的樁身最大水平位移位于軟弱夾層的中部，且前排樁的最大水平位移比后排樁的最大水平位移大。前、后排樁的樁身彎矩見(jiàn)圖14，由圖14可知：前、后排樁樁頂出現(xiàn)彎矩最大值，在軟弱夾層交界面附近處出現(xiàn)彎矩極大值點(diǎn)，這是由于承臺(tái)和持力層的限制作用，樁基為兩端有一定位移限度的超靜定結(jié)構(gòu)，并且受到軟弱夾層的側(cè)向擠壓作用。聶如松等[28]通過(guò)橋臺(tái)樁基試驗(yàn)得出了類似的規(guī)律。

圖13 樁身水平位移Fig.13 Horizontal displacement of pile

圖14 樁身彎矩Fig.14 Bending moments of pile

2.2 橋臺(tái)地震反應(yīng)

橋臺(tái)頂部和底部水平位移時(shí)程曲線見(jiàn)圖15。由圖15可知：在地震過(guò)程中，橋臺(tái)頂部和底部水平位移隨時(shí)間變化有一致性，呈隨機(jī)波動(dòng)變化，橋臺(tái)在地震過(guò)程中呈搖擺運(yùn)動(dòng)；由于臺(tái)后填土的非線性，在地震中呈塑性流動(dòng)，土體積累位移，導(dǎo)致橋臺(tái)的殘余位移有積累趨勢(shì)；橋臺(tái)的頂部、底部水平位移最大值并不出現(xiàn)在地震結(jié)束時(shí)，而是發(fā)生在地震開始后24.49 s時(shí)。

橋臺(tái)峰值與殘余水平位移見(jiàn)圖16，由圖16可知：橋臺(tái)頂部峰值與殘余水平位移分別為403.34 mm 和241.75 mm，底部峰值與殘余水平位移分別為416.53 mm 和261.63 mm。橋臺(tái)底部水平位移比橋臺(tái)頂部的大，震后的橋臺(tái)向橋跨側(cè)移動(dòng)并伴隨著外傾，可見(jiàn)地震過(guò)程中橋臺(tái)的位移包含水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)位移，橋臺(tái)震害的位移模式為整體滑移后仰式。

圖15 橋臺(tái)水平位移時(shí)程曲線Fig.15 Horizontal displacement and time history curves of abutment

圖16 橋臺(tái)峰值水平位移和殘余位移Fig.16 Peak and residual horizontal displacements of abutment

橋臺(tái)四角的豎向位移時(shí)程曲線見(jiàn)圖17，其中，A和B點(diǎn)為靠近路堤側(cè)的點(diǎn)，C和D點(diǎn)為靠近橋跨側(cè)的點(diǎn)。由圖17可知：橋臺(tái)豎向位移呈波動(dòng)增大，橋臺(tái)在地震過(guò)程中上下起伏波動(dòng)，但總體上呈下降趨勢(shì)；前5 s 內(nèi)地震時(shí)刻的橋臺(tái)沉降幅度較大，隨后橋臺(tái)沉降幅度較緩，這與“前5 s 內(nèi)的地震動(dòng)強(qiáng)度較強(qiáng)，隨后地震動(dòng)較弱”規(guī)律一致。

圖17 橋臺(tái)豎向位移時(shí)程曲線Fig.17 Vertical displacement and time history curves of abutment

橋臺(tái)加速度放大系數(shù)分布見(jiàn)圖18，由圖18可知：橋臺(tái)頂部加速度放大系數(shù)最大，加速度放大系數(shù)沿橋臺(tái)高度呈非均勻分布，在距橋臺(tái)頂部4 m處，加速度放大系數(shù)增加的變化速率最大。

圖18 橋臺(tái)加速度放大系數(shù)Fig.18 Acceleration amplification coefficient of abutment

橋臺(tái)地震土壓力分布見(jiàn)圖19，由圖19可知：土壓力沿臺(tái)背呈非線性分布，其最大值距臺(tái)底1/3H之內(nèi)，地震土壓力較震前靜止土壓力大，其值為349.4 kN；公路與鐵路抗震規(guī)范計(jì)算值分別為295.3 kN和268.2 kN，均小于本文計(jì)算值，這與文獻(xiàn)[12，29]中“對(duì)于8 度以上烈度區(qū)，抗震規(guī)范土壓力計(jì)算值較小”的規(guī)律一致。地震土壓力作用點(diǎn)高度為0.48H，處于文獻(xiàn)[12]中土壓力合力作用點(diǎn)0.4～0.63H范圍內(nèi)。公路與鐵路抗震規(guī)范的土壓力合力計(jì)算作用點(diǎn)高度為0.33H，小于本文計(jì)算值，應(yīng)適當(dāng)提高地震土壓力計(jì)算作用點(diǎn)高度來(lái)進(jìn)行橋臺(tái)在地震中抗傾覆驗(yàn)算。

圖19 橋臺(tái)土壓力分布Fig.19 Distribution of earth pressure of abutment

2.3 路堤地震反應(yīng)

沿線路縱向，路堤頂部殘余水平位移見(jiàn)圖20。由圖20可知：路堤頂部殘余水平位移隨距臺(tái)背距離增大而呈減少趨勢(shì)，其最大值位于距橋臺(tái)0 m處，為242 mm。由震后路堤頂部殘余水平位移不同可知震害過(guò)程中的路堤有拉裂趨勢(shì)，路堤頂部水平位移變化主要集中在距橋臺(tái)5 m內(nèi)，5 m外其值變化不大。由此可見(jiàn)，距橋臺(tái)5 m處的路堤易發(fā)生拉裂，為重點(diǎn)抗震設(shè)防區(qū)域。

圖20 路堤頂部殘余水平位移Fig.20 Residual horizontal displacement of embankment top

距臺(tái)背0，5和18 m處的路堤頂部沉降時(shí)程曲線見(jiàn)圖21。由圖21可知：路堤豎向位移呈波動(dòng)增大，路堤在地震過(guò)程中有上下起伏波動(dòng)，但在總體上呈下降的趨勢(shì)；地震前5 s 內(nèi)的路堤沉降幅度較大，隨后沉降幅度較緩。這是由于在地震過(guò)程中，路堤填土由稀疏變密實(shí)。路堤沉降曲線見(jiàn)圖22。由圖22可知：路堤沉降主要集中在距橋臺(tái)5 m范圍內(nèi)，沿線路縱向呈不均勻分布，路堤呈波狀起伏變形，路堤沉降距離最大值位于距橋臺(tái)0 m處，為227 mm，而計(jì)算的橋臺(tái)沉降距離為76.51 mm，溜坡沉降距離為89.17 mm，兩者均小于路堤沉降距離，橋臺(tái)與路堤和溜坡產(chǎn)生分離。由此可見(jiàn)，路堤震害為塌滑下沉、波狀起伏變形以及橋頭段路堤與橋臺(tái)沉降距離差引起的錯(cuò)臺(tái)。

圖21 路堤頂部沉降時(shí)程曲線Fig.21 Vertical displacement and time history curves of embankment top

圖22 路堤沉降曲線Fig.22 Settlement curve of embankment

2.4 臺(tái)前溜坡地震反應(yīng)

路堤殘余水平位移云圖見(jiàn)圖23。由圖23可見(jiàn)：臺(tái)前溜坡坡底處產(chǎn)生最大水平位移。溜坡表面豎向和水平位移分別見(jiàn)圖24和圖25。由圖24和圖25可見(jiàn)：溜坡坡面的峰值與殘余水平位移分布曲線規(guī)律一致，其最大值位于溜坡高度1 m處，峰值位移為465.29 mm，殘余位移為312.77 mm。溜坡表面的豎向位移隨距橋臺(tái)距離的增大而減少，其最大值位于鄰近橋臺(tái)處，為89.17 mm。由溜坡水平位移和豎向位移可發(fā)現(xiàn)溜坡震害為震陷、上部拉裂、下部鼓張變形。

圖23 路堤殘余水平位移云圖Fig.23 Residual horizontal displacement nephogram of embankment

圖24 溜坡表面水平位移Fig.24 Horizontal displacement of slope surface

2.5 地基地震反應(yīng)

地基地震水平位移見(jiàn)圖26。由圖26可知：軟弱夾層中的峰值水平位移和殘余水平位移最大，分別為485 mm 和338.16 mm。地基地震豎向位移見(jiàn)圖27，由圖27可知：地基豎向位移隨地基深度增大而減小，其拐點(diǎn)主要在軟弱夾層與硬土層交界面處；距橋臺(tái)底部4 m 和10 m 處，軟弱夾層的豎向位移變化量最大，為35.89 mm。

圖25 溜坡表面豎向位移Fig.25 Vertical displacement of slope surface

圖26 地基峰值水平位移與殘余水平位移Fig.26 Peak and residual horizontal displacement of foundation

圖27 地基豎向位移Fig.27 Vertical displacement of foundation

橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基豎向位移對(duì)比見(jiàn)圖28。由圖28可知：橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基產(chǎn)生分離，橋臺(tái)兩側(cè)與地基相對(duì)豎向位移隨地震時(shí)間增大而增大；地震結(jié)束時(shí)，靠近路堤側(cè)的相對(duì)豎向位移為38.82 mm，靠近橋跨側(cè)的相對(duì)位移為15.35 mm，靠近路堤側(cè)的相對(duì)位移大于靠近橋跨側(cè)的相對(duì)位移，兩者相差23.47 mm，橋臺(tái)相鄰地基產(chǎn)生不均勻沉陷。橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基的水平位移對(duì)比見(jiàn)圖29。由圖29可見(jiàn)：橋臺(tái)與地基產(chǎn)生相對(duì)滑移，其最大值為18.95 mm。從橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基的相對(duì)豎向和水平位移可見(jiàn)，地基會(huì)有不均勻沉陷，并與橋臺(tái)產(chǎn)生相對(duì)滑移。

圖28 橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基豎向位移對(duì)比Fig.28 Comparison of vertical displacement between two sides of abutment and adjacent foundation

2.6 樁基地震反應(yīng)

樁頂產(chǎn)生正、負(fù)峰值位移時(shí)的樁、土相對(duì)位移見(jiàn)圖30。由圖30可知：樁、土之間的相對(duì)位移零點(diǎn)位于軟弱夾層與硬土層交接面附近，樁、土之間最大相對(duì)位移位于軟弱夾層中。在樁頂負(fù)峰值位移時(shí)，位于軟弱夾層中的樁可視為主動(dòng)樁，硬土層中的樁為被動(dòng)樁，而在樁頂負(fù)峰值位移時(shí)，位于軟弱夾層中的樁可視為被動(dòng)樁，硬土層中的樁可視為主動(dòng)樁，可見(jiàn)在地震過(guò)程中樁受力性狀不一樣，導(dǎo)致前、后排樁會(huì)出現(xiàn)樁頂正、負(fù)彎矩。

圖29 橋臺(tái)兩側(cè)與相鄰地基水平位移對(duì)比Fig.29 Comparison of horizontal displacement between two sides of abutment and adjacent foundation

樁頂正、負(fù)峰值彎矩時(shí)的樁身彎矩分布見(jiàn)圖31。由圖31可見(jiàn)：在地震過(guò)程中，前、后排樁的樁身彎曲方向具有一致性，樁頂正、負(fù)彎矩最大，應(yīng)重視對(duì)該部位的抗震加固。

圖30 樁、土相對(duì)位移Fig.30 Relative displacement of pile and soil

圖31 樁身彎矩分布Fig.31 Bending moment distribution of pile

3 結(jié)論

1)地震動(dòng)輸入時(shí)，可截取地震動(dòng)Arias 強(qiáng)度的0.1%～95%，并將截取的起止點(diǎn)拓至最近的零交點(diǎn)，既能提高計(jì)算效率，又能保持地震動(dòng)基本特征。

2)樁承橋臺(tái)的震害位移模式為整體滑移后仰式，臺(tái)后填土的塑性流動(dòng)將導(dǎo)致橋臺(tái)積累殘余位移。橋臺(tái)地震土壓力和土壓力計(jì)算作用點(diǎn)高度比公路與鐵路規(guī)范的計(jì)算值大。對(duì)于樁承橋臺(tái)結(jié)構(gòu)類型，規(guī)范應(yīng)適當(dāng)提高土壓力計(jì)算作用點(diǎn)高度來(lái)進(jìn)行橋臺(tái)抗傾覆驗(yàn)算。

3)路堤震害為塌滑下沉、波狀起伏變形，距橋臺(tái)5 m處的路堤易拉裂和下沉震害較嚴(yán)重，為重點(diǎn)抗震設(shè)防區(qū)域，路堤與橋臺(tái)分離，不均勻沉降引起錯(cuò)臺(tái)災(zāi)害。溜坡震害為震陷、上部拉裂、下部鼓張變形。地震過(guò)程中軟弱夾層的峰值和殘余水平位移最大，鄰近橋臺(tái)的地基會(huì)有不均勻沉陷，并與橋臺(tái)產(chǎn)生相對(duì)滑移。

4)前、后排樁在震中出現(xiàn)樁頂最大正、負(fù)彎矩，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該部位的抗震加固。樁、土相對(duì)水平位移最大值位于軟弱夾層中，樁在地震過(guò)程中的受力狀態(tài)將在主動(dòng)樁與被動(dòng)樁之間變化。