液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究

液化场地在地震等动力作用下土体强度软化、变形加大，导致建于其上的高层建筑桩筏基础所受动力响应更加复杂。深入液化场地中桩筏基础的动力响应研究对地震等动荷载作用下高层建筑的安全、稳定有非常重要的意义，近年来，许多学者对液化场地桩筏基础开展了大量的试验研究，并取得了一定的研究进展。

一、试验方法

在液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究中，试验方法的创新与改进为深入探究其动力特性提供了有力支撑。

振动台试验

在振动台试验中通过模拟地震场可以得到较为真实的液化场实际地震的动力工作状况。研究人员可以通过振动台对复杂的桩筏基础进行地震工况的模拟，测取其应力分布、筏板内力、桩土位移等响应参数。通过使用三向六自由度振动台模拟在峰值为 0.15g ，最大振幅 20mm 的 EL-Centro 波作用下桩筏基础的动力场反应，随地震强度的增加，桩侧土逐渐液化，桩身应力逐渐聚集在桩顶附近区域，桩顶位移随着桩侧土液化后增加约 35% ，桩身最大弯矩增加约 42% 【 11

离心机试验

利用离心机试验可在较小的物理空间内模拟实际大规模桩筏基础在液化场地中的受力状态。离心机试验中，利用高重力加速度放大理荷载效应，使得试验模型在离心力场中能够模拟原型的应力应变关系。通过离心机试验研究了桩长、桩距等参数对桩筏基础动力响应的影响，发现适当增加桩长可有效降低桩顶位移，桩长每增加 10% ，桩顶位移降低约 18% ；存在一个最优桩距约为 3.5倍桩径时，桩筏基础的整体动力性能最佳，桩土应力分布最为均匀，桩身平均应力降低约 23% 【2】 l

二、桩筏基础模型试验与数值模拟结合

将模型试验与数值模拟相结合是当前研究液化场地桩筏基础动力响应的重要趋势。

试验验证数值模型

通过桩筏基础模型试验，获得大量的试验数据，验证数值模拟模型。首先通过桩筏基础模型试验，获取每个测点动力响应参数，利用有限元软件(ABAQUS) 建立数值模型，将模拟结果与试验结果对比【3】，再反复修正、校正得到较准确的数值模型，为下一步更复杂的工况模拟做准备。

数值模拟拓展试验研究

基于验证后的数值模型，可进一步开展更为广泛的参数分析研究，如不同液化程度、不同桩型、不同上部结构刚度组合下的桩筏基础动力响应情况。例如，利用数值模拟研究了液化场地中不同桩土材料组合对桩筏基础动力特性的影响，发现采用高强混凝土桩（强度等级为 C80）与柔性桩土界面处理相结合的方式，相比普通混凝土桩（C40），可在一定程度上减轻液化对桩筏基础的不利影响，桩顶位移减少约 28% ，桩身最大应力降低约 31% ，为实际工程设计中的桩土选型提供了理论参考。

三、关键影响因素

众多试验研究揭示了影响液化场地桩筏基础动力响应的关键因素。

桩土刚度比

桩土刚度比是影响桩筏基础动力响应的重要因素之一，从桩土刚度比试验研究得出，桩土刚度比增大，地震动作用下使桩身荷载增大，桩土应力比增加，桩土位移差增加。

液化深度和强度

液化深度、强度不同，桩筏基础的动力反应不同，液化越深、强度越高，桩土的侧摩阻力衰减越严重，桩端阻力发挥越不充分，桩身的剪力、弯矩分布发生显著变化，在多工况比较试验分析过程中，发现增加液化深度 0.5m ，桩顶下陷6mm，桩身弯矩最大处上抬 0.8m 左右【4】。

四、实桥监测与长期性能研究

实桥监测与长期性能研究是液化场地桩筏基础动力响应试验研究的进一步拓展。

实桥监测

在实际液化场地高层建筑桩筏基础中安装多种传感器，长期监测其在实际运营过程中的动力响应情况。例如对沿海地区液化场地高层建筑桩筏基础进行了实桥监测，历经多次地震和风暴潮等动力作用，获取了桩土应力、筏板内力、基础沉降等长期监测数据，发现实际工程中桩筏基础的动力响应与模型试验和数值模拟存在一定差异，实际桩顶位移比模拟预测值平均大一些，主要体现在土体长期浸水液化特性变化、桩土界面长期摩擦损耗等方面【5】。

长期性能研究

综合考虑液化场地土体的长期物理化学变化、桩土界面的老化等因素，研究桩筏基础在长期服役过程中的动力性能退化规律。基于实桥监测数据（监测时长约 5 年）和加速老化试验，建立了桩筏基础长期动力性能退化模型，预测了不同服役年限下桩筏基础的动力响应变化趋势，发现服役 10 年后桩身刚度降低约 19% ，桩土界面摩擦系数降低约 24% ，为制定合理的桩筏基础维护和更新策略提供了理论支持。

五、结论

液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究在试验研究方法创新、模型试验与数值模拟方法结合、关键影响因素研究、实桥监测与长期性能研究等方面均取得了丰富的成果，为液化场地高层建筑桩筏基础工程抗震设防提供了重要的理论和技术支持。然而，针对液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究仍存在一定的不足和提升空间，但随着科技的进步和试验研究方法创新，相信液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究会有新进展，进而进一步促进液化场地高层建筑桩筏基础的工程性能和工程安全，促进液化场地高层建筑桩筏基础工程可持续发展。

参考文献：

【1】李雨润 , 邵鼎松 , 李赫 , 等 . 液化场地高层建筑桩筏基础动力响应试验研究 [J]. 岩石力学与工程学报 ,2025,44(4):1013-1025. DOI:10.3724/1000-6915.jrme.2024.0677.

【2】张梓鸿 , 闫冠宇 , 许成顺 , 等 . 基于可液化场地离心机振动台试验的地下结构地震响应研究 [J]. 岩土工程学报 ,2025,47(2):324-336. DOI:10.11779/CJGE20231101.

【3】李旺 . 高层建筑桩筏基础不均匀沉降控制技术研究及工程应用 [D]. 中国矿业大学 ,2022.

【4】林峰 . 液化场地下预应力混凝土管桩抗震性能数值分析 [D]. 山西 : 太原理工大学 ,2023.

【5】谢飞扬 , 罗杰 , 邱艳文 . 软土地基中桩筏基础沉降特性分析与协同优化设计 [C]//2025 工程技术与材料应用学术交流会论文集 . 2025:1-3.