姚姍姍 李焱

摘 要：該研究樁基所承受的側(cè)向載重主要是來(lái)至于上部載重的慣性力，[1]分別為MPtest-D、MPtest-W-A與MPtest-W-B質(zhì)量塊的加速度歷時(shí)，顯示干砂試體質(zhì)量塊加速度隨著振動(dòng)事件開(kāi)始增加，一直到大約時(shí)間6.3秒MPtest-D質(zhì)量塊的最大加速度為0.45 g，此后加速度開(kāi)始遞減，但在震動(dòng)結(jié)束時(shí)加速度有些微上升。飽和砂試體質(zhì)量塊加速度隨著振動(dòng)事件而增加，直到時(shí)間15.6秒（約震動(dòng)結(jié)束）才會(huì)開(kāi)始降低，而時(shí)間15.6秒MPtest-W-A與MPtest-W-B質(zhì)量塊的最大加速度分別為0.55 g與0.62 g。

關(guān)鍵詞：樁基 受震 反應(yīng) 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU470 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0197-02

質(zhì)量塊的加速度與樁頂?shù)乃轿灰屏康默F(xiàn)象類(lèi)似，干砂試體加速度與樁頂水平位移先增后減，飽和砂試體加速度與樁頂水平位移則為隨著震動(dòng)持續(xù)上升，表示該研究中的樁頂水平位移深受上部載重的慣性力影響。

1 樁頂?shù)奈灰茪v時(shí)

位移歷時(shí)是由樁頂?shù)腖VDT量測(cè)而得，高程為8.6 m。文獻(xiàn)[1]圖中（a）、（b）、（c）分別為MPtest-D、MPtest-W-A與MPtest-W-B樁頂?shù)奈灰茪v時(shí)，由圖中可發(fā)現(xiàn)MPtest-D樁頂水平殘余變形量為-7.0 cm，而MPtest-W-A與MPtest-W-B樁頂水平殘余變形量分別為10.4 cm以及11.6 cm。而D試驗(yàn)水平位移最大值發(fā)生在第3～4振動(dòng)周期處；W-A與W-B則發(fā)生在第15～16振動(dòng)周期處，行為與上部載重的加速度歷時(shí)一致，表示位移受慣性力的影響。

2 積層版箱的側(cè)向位移歷時(shí)

由于試體受震會(huì)造成側(cè)向位移量，受S5振動(dòng)事件的積層版箱側(cè)向位移歷時(shí)變化，可以看出振動(dòng)事件的16個(gè)周期，且隨著震動(dòng)側(cè)向位移一直朝負(fù)方向累積。MPtest-D殘余變形量由淺至深分別為3.4 cm、2.0 cm、1.6 cm、1.3 cm以及0.9 cm；MPtest-W殘余變形量由淺至深分別為33.4 cm、15.3 cm、6.9 cm、4.2 cm以及2.5 cm。側(cè)向位移量隨著深度越淺位移量越大，而飽和試體的位移量又比干砂試體顯著。

3 利用轉(zhuǎn)換函數(shù)探討單樁與土層的頻率

使用轉(zhuǎn)換函數(shù)TR可獲得系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系，將基盤(pán)加速度歷時(shí)進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）此為系統(tǒng)輸入的頻率內(nèi)涵，而土層各深度以及樁頂質(zhì)量塊的加速度歷時(shí)進(jìn)行FFT則為系統(tǒng)輸出的頻率內(nèi)涵，轉(zhuǎn)換函數(shù)定義為系統(tǒng)輸出與系統(tǒng)輸入的比值函數(shù)，在此探討各個(gè)頻率振幅比值的函數(shù)。如式（1）表示：

其中：Fa為傅氏譜幅值；Fab為基盤(pán)的傅氏譜幅值。

由上式求得的轉(zhuǎn)換函數(shù)，可得各頻率的振幅比值也就是放大倍率，其中放大倍率最大值所對(duì)應(yīng)的頻率即為主頻。該研究先對(duì)加速度訊號(hào)進(jìn)行濾波，使用帶通濾波（0.1～20 Hz）來(lái)降低系統(tǒng)背景噪聲的影響，再對(duì)加速度訊號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換得傅氏譜。震前與震后MPtest-D試體以及MPtest-W試體土層以及樁頂質(zhì)量塊的TR圖[2]，樁基震前與震后主頻的變化中顯示震前干砂試體單樁主頻約為1.3 Hz，飽和試體A樁與B樁主頻皆為1.18 Hz，震后干砂試體單樁主頻約為1.24 Hz，飽和試體A樁與B樁主頻分別為1.16 Hz以及1.22 Hz，顯示震前與震后干砂試體樁基的主頻皆大于飽和砂試體樁基的主頻，而本研究中設(shè)計(jì)使用的載重形式尚未有單樁主頻的理論解，在此僅對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。土層在干砂試體主頻約為2.36 Hz、飽和砂試體主頻約為2 Hz，而土層在干砂理論主頻為2.3 Hz、飽和砂理論主頻為2.1 Hz，可得知實(shí)驗(yàn)值與理論值相近。

4 水平地盤(pán)反力系數(shù)

4.1 土層位移量

該研究中的土壤位移量是采用試體土層中配置的加速度計(jì)數(shù)組，將其加速度歷時(shí)進(jìn)行帶通濾波保留0.1～10 Hz后再進(jìn)行兩次積分所得，其位移再利用線性內(nèi)插法計(jì)算所需深度的土層位移量，此位移歷時(shí)即為該研究采用的土層位移量。

4.2 地盤(pán)反力系數(shù)分析

該研究采用p-yΔ曲線法計(jì)算地盤(pán)反力系數(shù)[3]，利用回歸所得到的彎矩方程式、剪力方程式、土壤反力方程式、旋轉(zhuǎn)角方程式、樁身位移方程式等，搭配試體土層中擺放的加速度計(jì)數(shù)組，其加速度歷時(shí)經(jīng)由4-8-1節(jié)處理所得的位移歷時(shí)，視為土壤的位移量，利用上述所得的土壤反力、樁身位移以及土層位移可以繪制土壤反力對(duì)樁土相對(duì)位移的圖，圖中的斜率即為地盤(pán)反力系數(shù)kh。

其中：p為土壤反力（kN/m）；kh為地盤(pán)反力系數(shù)（kN/m3）；Dp為樁徑（m）；yp為樁身位移（m）；yg為土壤位移（m）；yΔ為樁土相對(duì)位移（m）。

4.3 地盤(pán)反力系數(shù)值

該研究使用的單樁基礎(chǔ)樁徑為1.68 m，利用回歸分析所得的土壤反力以及樁身位移，搭配加速度計(jì)積分兩次所得的土壤位移等條件，由類(lèi)遲滯圈曲線計(jì)算出該研究中的kh值，計(jì)算方式說(shuō)明如下：選取最大正樁土相對(duì)位移以及最大負(fù)樁土相對(duì)位移所對(duì)應(yīng)的土壤反力除以樁徑的值，由此兩點(diǎn)求其斜率而得。

MPtest-D各深度在每個(gè)振動(dòng)周期的p-yΔ曲線，中可以發(fā)現(xiàn)在深度1.6 m、4 m以及6.4 m的淺層土壤，其p-yΔ曲線斜率的趨勢(shì)為負(fù)，表示其水平地盤(pán)反力系數(shù)kh值為負(fù)，而深度8.8 m以下水平地盤(pán)反力系數(shù)kh皆為正值。除了起振的第1個(gè)周期外，整體而言同一振動(dòng)周期kh值呈現(xiàn)深度越深其值越大的趨勢(shì)，深度11.2 m以及13.6 m處前9個(gè)周期kh值隨著周期數(shù)增加而增加，第9周期之后kh值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但仍高于一開(kāi)始的kh值。

當(dāng)MPtest-W-A各深度在每個(gè)振動(dòng)周期的p-yΔ曲線，中顯示試體在深度1.6 m處其kh為負(fù)值與干砂試體相同。整體來(lái)看同周期的kh值隨著深度越深其值越大，水平地盤(pán)反力系數(shù)kh在第16個(gè)振動(dòng)周期的值在各深度都大于第1個(gè)振動(dòng)周期的值。

整體而言淺層土層kh值隨著振動(dòng)周期的增加kh值越小，而kh最小值發(fā)生的時(shí)間約略就是ru值最大的時(shí)間，此后kh值隨著振動(dòng)周期的增加而增加，而深層土層隨著振動(dòng)周期增加kh值整體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

由上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，各試體在深度1.6 m處系數(shù)值出現(xiàn)不合理的負(fù)值，這可能是由于表層加速度計(jì)的滑動(dòng)造成積分所得的位移值有誤差。而在深度18.4 m處反力系數(shù)kh值很大，推測(cè)是由于本研究單樁固定于試驗(yàn)箱箱底，而深度18.4 m接近樁底固定的位置，因此，樁土相對(duì)位移較小，求得的kh值較大。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉漢龍，周云東，高玉峰.砂土地震液化后大變形特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2002（2）：142-146.

[2] 周云東，劉漢龍，高玉峰.砂土地震液化后大位移室內(nèi)試驗(yàn)研究探討[J].地震工程與工程振動(dòng)，2002（1）：152-157.

[3] 劉惠珊.地基基礎(chǔ)震害及處理措施[J].建筑科學(xué)，2002（1）：16- 20.