Centrifuge modelling of tower structures on saturated sands subjected to earthquake perturbations

Abstract

The dynamic behaviour of a tower structure founded on a saturated sand bed subjected to model earthquakes was investigated using the bumpy road-shaking system of the Cambridge centrifuge. Excess pore pressure was generated and effective stress reduced. When the initial natural frequency of the tower–soil system exceeded the driving frequency of the earthquake, the reduction in effective stress caused a degradation in the soil stiffness and a lowering of the natural frequency. The generation of excess pore pressure caused a jump in the natural frequency of the tower-soil system to a discrete frequency at which the energy of the earthquake was concentrated. When the initial natural frequency was either equal to or less than the driving frequency of the earthquake, the excess pore pressure did not cause any change in the natural frequency of the tower–soil system. Le comportement dynamique de la structure d'une tour fondée sur un lit de sable saturé et soumise à des simulations seismiques a été étudié à l'aide du système de génération de secousses de la centrifugeuse de Cambridge. Les séismes se traduisent par l'apparition d'un excès de pression interstitielle et par la diminution de la contrainte effective. Lorsque la fréquence propre initiale du système tour–sol devient supérieure à la fréquence imposée par les séismes, la diminution de contrainte effective entraîne une dégradation de la raideur du sol ainsi qu'une réduction de la fréquence propre. L'apparition d'un excès de pression interstitielle se traduit par un saut de la fréquence propre du système tour–sol vers une fréquence discrète pour laquelle l'énergie du séisme est la plus forte. Lorsque la fréquence propre initiale est inférieure ou égale à la fréquence imposée par les séismes, l'excès de pression interstitielle ne génère aucune modification de la fréquence propre du système tour–sol.