·132 北京科技大学学报 第36卷 群桩的地震响应：黄春霞等研究了地震时砂土液 集中质量箱 化的基本规律和振动加密对其抗液化性能的影响； 7 空隙和 吕西林等)通过观测砂土中的孔隙水压力和加速 目保温板 度的变化，研究了砂土液化以及相应的数值建模 空隙一 冻土层 250 问题. 与一般工程场地相比，在冻土场地中由于地震 作用而出现的地基液化可能对桩基承载性能的影响 松散砂土层 将更为复杂，现阶段相关的研究工作极少，必须借助 相关实验手段进行研究.鉴于此，本文在考虑冻土 薄壁钢箱 20 120 作用和地基液化双重因素作用的前提下，选择处于 2400 冻土覆盖层和可液化砂土层中的单根钢管桩作为研 图1试验模型示意图（单位：mm) 究对象，进行振动台模拟地震加载试验，以研究其相 Fig.1 Sketch of the physical model (unit:mm) 应的抗震性能 1.3传感器布置 1振动台模型试验 试验中传感器布置参见图2所示.其中：全桥 接线方式的BX1205AA型应变片(S1~S16)16 1.1振动台参数 个，最大量程为0.02，S1~S10用来测量砂土层中 试验在抗震与结构诊治北京市重点试验室进 的桩身应变，S11~S16用来测量冻土层中的桩身应 行.台面尺寸为3m×3m,试件最大质量10t,最大 变；量程为±50mm的拉线位移计(D1~D3)3个， 位移±127mm,满载最大加速度±1.0g,最大倾覆 D1和D2的位移计用来测量桩身不同部位的水平 力矩294kNm,频率范围0.1~50Hz,振动方向为 位移，D3用来测量冻土层水平滑动位移；剪切型压 水平双向.本次试验采取单向水平加载的方式 电式加速度传感器(A1~A8)8个，A1~A3和A5 进行. 的加速度传感器用来测量砂土层中土的加速度， 1.2试验模型装置 A4、A6和A8用来测量桩身不同部位的加速度，A7 如图1所示，柔性模型箱采用Q235钢板制作， 用来测量冻土层的加速度；BSK0.05型孔隙水压力 侧壁厚4mm,整体尺寸为2.4m×2.4m×1.3m.箱 计5个，沿竖向均匀埋设在砂土层中，最大量程为 内四壁粘有2cm厚的泡沫保温板，以减小试验中的 0.05MPa,全桥接线方式 边界效应.底板正中通过法兰盘拴接有一根直径5 cm、壁厚1.8mm以及长为1.4m的Q235空心钢管 注，图中标示代表意义如下 ·应变传感器： 桩.钢管桩顶部设有配重为250kg的附加集中质量 ·位移传感器： 。加速度传成塞 块，以模拟桩顶上部的地震惯性荷载.模型箱土层 ·孔隙水压力传感器， 分为两部分：上部为冻土层，厚度为30cm,密度约为 51 S16A7 2000kg·m-3,弹性模量约为310MPa,抗压强度为 冻土层 0.5MPa;下层为砂土层（加水至饱和），厚度约为1 m,密度约为1520kgm-3.土层表面设有5%的缓 坡，砂浆层两侧设不等宽排水沟. 松散砂土层 冻结土层属于脆性材料，在内部应力不超出弹 性强度以前，具有弹性材料的力学性质，其力学性质 与水泥砂浆类材料接近.考虑到大体积冻土块难以 PI 制备以及现场试验条件等因素，在保证冻土的密度、 图2传感器/应变片布置示意图（单位：mm) 弹性模量和抗压强度等主要参数不变的前提下，确 Fig.2 Locations of installed sensors and strain gages (unit:mm) 定采用水泥砂浆层(3d强度)对其进行模拟.水泥 1.4加载过程 砂浆层配合比为每方砂浆用料约为水泥160kg、沙 试验输入地震波分别为简易正弦波、2002年美 子1440kg和水280kg.饱和砂土层采用细砂分层注 国阿拉斯加州的Denali地震波和2011年东日本大 水制备.试验前模型箱内水位深1m. 地震波，加速度时程曲线如图3所示北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 群桩的地震响应; 黄春霞等［6］研究了地震时砂土液 化的基本规律和振动加密对其抗液化性能的影响; 吕西林等［7］通过观测砂土中的孔隙水压力和加速 度的变化，研究了砂土液化以及相应的数值建模 问题． 与一般工程场地相比，在冻土场地中由于地震 作用而出现的地基液化可能对桩基承载性能的影响 将更为复杂，现阶段相关的研究工作极少，必须借助 相关实验手段进行研究． 鉴于此，本文在考虑冻土 作用和地基液化双重因素作用的前提下，选择处于 冻土覆盖层和可液化砂土层中的单根钢管桩作为研 究对象，进行振动台模拟地震加载试验，以研究其相 应的抗震性能． 1 振动台模型试验 1. 1 振动台参数 试验在抗震与结构诊治北京市重点试验室进 行． 台面尺寸为 3 m × 3 m，试件最大质量 10 t，最大 位移 ± 127 mm，满载最大加速度 ± 1. 0 g，最大倾覆 力矩 294 kN·m，频率范围 0. 1 ～ 50 Hz，振动方向为 水平 双 向． 本次试验采取单向水平加载的方式 进行． 1. 2 试验模型装置 如图 1 所示，柔性模型箱采用 Q235 钢板制作， 侧壁厚 4 mm，整体尺寸为 2. 4 m × 2. 4 m × 1. 3 m． 箱 内四壁粘有 2 cm 厚的泡沫保温板，以减小试验中的 边界效应． 底板正中通过法兰盘拴接有一根直径 5 cm、壁厚 1. 8 mm 以及长为 1. 4 m 的 Q235 空心钢管 桩． 钢管桩顶部设有配重为 250 kg 的附加集中质量 块，以模拟桩顶上部的地震惯性荷载． 模型箱土层 分为两部分: 上部为冻土层，厚度为 30 cm，密度约为 2000 kg·m － 3 ，弹性模量约为 310 MPa，抗压强度为 0. 5 MPa; 下层为砂土层( 加水至饱和) ，厚度约为 1 m，密度约为 1520 kg·m － 3 ． 土层表面设有 5% 的缓 坡，砂浆层两侧设不等宽排水沟． 冻结土层属于脆性材料，在内部应力不超出弹 性强度以前，具有弹性材料的力学性质，其力学性质 与水泥砂浆类材料接近． 考虑到大体积冻土块难以 制备以及现场试验条件等因素，在保证冻土的密度、 弹性模量和抗压强度等主要参数不变的前提下，确 定采用水泥砂浆层( 3 d 强度) 对其进行模拟． 水泥 砂浆层配合比为每方砂浆用料约为水泥 160 kg、沙 子 1440 kg 和水280 kg． 饱和砂土层采用细砂分层注 水制备． 试验前模型箱内水位深 1 m． 图 1 试验模型示意图( 单位: mm) Fig． 1 Sketch of the physical model ( unit: mm) 1. 3 传感器布置 试验中传感器布置参见图 2 所示． 其中: 全桥 接线方式的 BX120-5AA 型应变 片( S1 ～ S16 ) 16 个，最大量程为 0. 02，S1 ～ S10 用来测量砂土层中 的桩身应变，S11 ～ S16 用来测量冻土层中的桩身应 变; 量程为 ± 50 mm 的拉线位移计( D1 ～ D3) 3 个， D1 和 D2 的位移计用来测量桩身不同部位的水平 位移，D3 用来测量冻土层水平滑动位移; 剪切型压 电式加速度传感器( A1 ～ A8) 8 个，A1 ～ A3 和 A5 的加速度传感器用来测量砂土层中土的加速度， A4、A6 和 A8 用来测量桩身不同部位的加速度，A7 用来测量冻土层的加速度; BSK-0. 05 型孔隙水压力 计 5 个，沿竖向均匀埋设在砂土层中，最大量程为 0. 05 MPa，全桥接线方式． 图 2 传感器/应变片布置示意图( 单位: mm) Fig． 2 Locations of installed sensors and strain gages ( unit: mm) 1. 4 加载过程 试验输入地震波分别为简易正弦波、2002 年美 国阿拉斯加州的 Denali 地震波和 2011 年东日本大 地震波，加速度时程曲线如图 3 所示． ·132·