大型渡槽在南水北调等调水工程中占有重要地位,这些大渡槽多处于无法避让的强震区,其抗震安全是关系到国计民生的重大问题。对渡槽结构,国内外尚无相关的抗震条文,致使渡槽抗震设计无所遵循,研究地震对渡槽结构的作用机理,解决渡槽抗震研究及设计中存在的流体-固体三维动力耦合理论、群桩-承台-非线性土体动力相互作用及考虑桩基与顶部大质量等影响条件下的减震机理等关键技术问题,探讨目前采用的各种桩土相互作用模型的适用条件,并进行桩土动力相互作用的振动台试验验证。这对满足南水北调大型渡槽的抗震设计需要,建立大型渡槽的抗震设计理论,填补我国渡槽抗震规范的空白具有重要的现实意义。
本项目重点探讨了地震作用下大型渡槽桩土动力相互作用特性及减震机理,分析了桩、承台与土体受力变形的不同特性,建立了能够很好反应桩与土的"内边界"条件、土体及无限域地基影响的桩基-土的动力相互作用实体模型。研究解决了所建立的流体-固体三维动力耦合理论模型的有限元求解模型,首次探讨了工程界比较关心而又没有很好验证的地震作用下大型渡槽顺槽向流固动力耦合问题。并进行了大型渡槽体系桩基系统的试验研究,测定了大型渡槽群桩系统的静动力响应,并与所建立模型的理论计算进行了对比研究,达到了理论和实验的统一,验证了所建的桩基-土的动力相互作用模型的正确性。并应用此成果探讨分析了简化桩基分析模型的适用性及渡槽减震的机理和减震的效果,其成果对工程设计具有重要参考价值。