地铁车站结构上穿可液化土层地震响应分析

地基液化是导致地下结构在地震中发生严重震害的重要威胁之一。以北京某箱型框架式地铁车站上穿一定厚度的可液化土层为工程背景,基于有限差分软件FLAC^3D建立了含有可液化土层的场地土-地下结构相互作用数值模型,分析了场地液化分布特征、周围场地位移沉降及矢量特征、地下结构动力反应及上浮特征等。结果表明,地下结构的存在加大了可液化场地的地层变形,但会显著降低结构上方一定范围内地表土体的地震响应;可液化土层中的孔压发展表现为“起始缓慢增长、最后急速增加至峰值并保持一定时间,最后缓慢消散”的规律,孔压达到峰值的时刻与输入地震动的峰值时刻接近;结构的竖向位移变化表现出“起始少量下沉,然后振荡上升,随后急剧上浮,最后缓慢下降”的发展阶段;液化场地中,地铁车站结构附近的土体部分上浮、部分沉陷是造成地表土体开裂的内因;下部可液化土层对上穿的地下结构的地震响应具有一定的隔震效果。     

成层土边坡可靠度计算算法研究

考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析大多基于单一的"均质"土体,而实际中边坡土体呈现明显的层状分布特征,目前在考虑土体参数空间变异性的成层土边坡的可靠度研究方面远远不够.本文基于ABAQUS软件和Python语言,编写了成层土边坡可靠度计算的算法.该算法可以实现非侵入式随机有限元分析,用户输入土体的空间变异性参数后,...     

隧道可液化场地围岩液化势评判及有限元分析

目的为对隧道围岩抗震性能进行准确有效评价,研究地震作用下可液化地基震动液化对地下隧道震害规律影响.方法基于总应力法对隧道可液化围岩进行液化势的判别和有限元分析,采用NCEER建议的动剪应力液化判别简化方法,分析隧道尺寸、衬砌厚度、隧道埋深及剪切波速对可液化围岩震动液化势的影响.结果改变隧道尺寸和衬砌厚度对土体加速度影响不大,而隧道埋深对土体液化势指数影响较大,增大隧道埋深则围岩不易发生液化.结论可液化场地隧道建设时应考虑增大埋深从而减小土体液化后产生的破坏.     

土-海底沉管隧道体系三维地震响应分析

以港珠澳大桥工程中大型海底沉管隧道为工程背景,根据工程场地土层地质实际分布情况,建立了沉管隧道上方无回淤土和有回淤土两种计算条件下的土-沉管隧道体系的大型三维精细化有限元计算模型.在计算模型中考虑了沉管接头非线性、土与隧道间的接触非线性和土层介质非线性等特征.采取直接从基岩面输入一致地震和地震行波两种激励方式,运用动力显式算法对土-沉管隧道体系进行地震响应分析.数值结果表明,回淤土体减小了模型的自振频率,增大了隧道的地震响应;不同地震波激励形式和激励方向对隧道接头的相对变形和管节内力响应的影响不容忽视.     

某沉管隧道场地土地震响应研究

采用一维剪切波理论分析了广州洲头咀隧道场地土水平地震波作用下的响应.计算结果表明:①洲头咀隧道场地土在不同超越概率的基岩加速度作用下的地震响应放大系数基本相同;②土表加速度响应谱的卓越周期比基岩加速度的卓越周期稍有左移,但幅度很小;③不同钻孔土体对于同一基岩加速度的地震响应放大系数差异较大,因此对于土层构造变化较大的场地,应适当增加钻孔密度.     

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.     

考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析

在考虑土体参数空间变异性基础上,提出了基于多重随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法,同时建议了一种新的代表性滑动面搜索方法.采用Karhunen-Loève展开方法离散二维相关非高斯随机场,通过Hermite随机多项式展开近似代表性滑动面安全系数与土体参数间的非线性隐式函数关系,在此基础上采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率.研究了所提方法在考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析中的应用.结果表明,提出的基于多重随机响应面法的系统可靠度分析方法为考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径.提出的代表性滑动面确定方法具有较高的计算精度和效率,无需单独计算滑动面安全系数间的相关性,而且能够有效地计算低概率水平的边坡系统可靠度.边坡系统失效概率随着抗剪强度参数变异性和垂直相关距离的增大而增加、随着抗剪强度参数间负相关性的增加而减小.此外,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡系统失效概率.     

基于流固耦合两相介质动力模型的水下隧道结构地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了水下饱和土体场地上隧道结构地震反应的计算研究.计算结果表明:对于饱和土体场地上的单洞隧道,在地震动输入结束后,隧道底部附近区域土体的孔隙水压力值最大,此时隧道两侧土体的孔隙水压力呈现对称分布;对于饱和土体场地上的双洞隧道,在地震动输入结束后,两隧道之间区域土体的孔压为正值,而隧道下方区域土体的孔压为负值;左右两侧隧道的应力呈对称分布.计算工作同时表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体—地下结构体系地震反应研究中的有效性.     

高水压条件下盾构隧道开挖面极限上限法研究

基于极限分析上限法,首次推导了高水压下维持均质土隧道开挖面稳定的最小支护压力解析解公式.并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土越江隧道开挖面稳定性评价中,可为越江盾构隧道推进工程中估计前方支护压力的参考.最后,结合上海长江隧道和南京长江隧道实例,利用推导的解析解公式对越江隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究和工程实际进行了对比分析.     

隧道施工引起上覆土层变形规律研究

针对Peck公式在预测隧道施工引起地面沉降中不能考虑上覆土体体积变化的局限性,根据随机介质理论,建立了基于扩散传播方程可以考虑上覆土体体积变化的土体变形计算模型,以地面沉降分布为其边界条件,求得隧道上覆土层变形的计算表达式。在此基础上,利用典型工程案例实测数据拟合反分析了模型参数。计算结果分析表明:考虑隧道施工引起土体体积变化的计算模式更符合实际情况,并总结了模型计算参数的取值与土体性质的关系,为隧道施工引起上覆土层变形的预测提供了一条合理的途径。     

复合地层隧道稳定机理及量化评价研究进展

隧道工程向深部推进,遇到两种或两种以上力学响应具有显著差异的岩土层组合形成的复合地层。工程实践发现,缺乏复合地层隧道的科学设计和施工方法。因此,针对复合地层隧道开展系统研究以提出科学的设计方法是确保此类隧道施工和运营安全的必要前提。对复合地层隧道渐进破坏机理、复合地层隧道围岩分级方法、复合地层隧道稳定性评价和复合地层参数空间变异性的研究现状、存在问题和发展趋势进行了归纳和总结,并提出复合地层隧道设计方法的研究基础是隧道的渐进破坏机理。     

不同场地考虑衬垫层影响的填埋场地震响应

采用薄层土体代替衬垫层,并提出薄层土体相应的动力计算参数,建立填埋场动力计算模型,采用一维多层土体的等效线性解法进行求解,研究了衬垫界面、填埋高度和场地条件对填埋场地震响应的影响规律.计算结果表明:在中震或强震作用下填埋场衬垫处发生较大的剪切位移,限制了地震波的向上传播,忽略衬垫层对填埋场地震响应的影响会造成较大的误差;当填埋场高度为15m时,填埋场顶部峰值加速度最大,随着填埋高度的增加,填埋场基本周期逐渐增大,远离了共振状态,使得填埋场顶部加速度逐渐减小;通过对比4种场地条件下填埋场的地震响应变化规律可发现场地条件的变化对填埋场的地震响应也有较大影响.     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

Analyses for effect of underground on seismic response of ground and adjacent structure surface buildings

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明：由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

盾构隧道开挖面对数螺旋破坏模式研究

利用水土压力统一计算理论,将盾构隧道开挖面涉及的水土压力分算参数和合算参数转变为统一参数,该方法可应用于土层为砂土和黏土的情况,特别适用于土层为黏质粉土及粉质黏土的情况.基于上述计算的统一参数和极限分析上限法,推导了考虑水压影响的开挖面对数螺旋破坏模式的极限支护压力解析解公式;并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土盾构隧道开挖面稳定性评价中.结合上海长江隧道实例,利用推导的解析解公式对盾构隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究进行了对比分析.结果表明:所建立的开挖面对数螺旋破坏模式可应用于盾构隧道开挖面稳定性评价中.     

浅埋隧道空间结构体系可靠度研究

岩体结构是受力岩体变形、破坏的内在依据.而Vanmarcke随机场理论未能考虑围岩空间结构的变异性.为此提出围岩物性参数空间等效方差增大函数这一概念,用来反映岩体结构对衬砌综合作用的随机变异性.同时运用Weibull- 脆性破坏统计理论.求得二次衬砌混凝土不同体积时的等效抗压强度,进而将隧道衬砌空间结构体系可靠度计算化为平面问题.研究发现.隧道结构体系可靠度随其长度的增加而逐渐减小,并将趋于一个稳定值.     

基于时程分析法的大跨度海底隧道地震响应研究

以某海底隧道实际工程为背景，采用地下结构地震时程分析方法，基于有限元软件建立了海水-土体-隧道结构相互作用的数值计算模型，开展了复杂地质条件下大跨度海底隧道地震动力响应研究，重点分析了不同加速度峰值地震波作用下海底隧道的位移、变形、加速度和结构内力等响应参数的变化规律。分析结果表明：地震作用下该海底隧道主要发生整体位移，结构变形较小；地震作用对隧道结构侧墙和中隔墙处的弯矩和剪力有明显增大作用，所以在前期设计中时应适当考虑地震动力作用，局部增设抗震措施；随着地震波峰值加速度的增大，海底隧道结构的位移、变形、加速度、内力等动力响应也越大。研究成果可以为大跨度海底隧道工程抗震安全性研究提供参考。     

水下悬浮隧道静动力响应分析与减振控制

为研究新型水运交通结构——水下悬浮隧道的静动力响应特性以及减振控制,参照前人分析计算时的参数取值,基于实体单元建模的有限元数值分析,得到静力与地震工况下结构位移与应力峰值出现的位置;根据数值分析的响应结果,研究了悬浮隧道在地震工况下的减振控制方案,并开展不同参数对减振效果的参数敏感性分析.结果 表明,静动力工况下的两端...     

成层地基中不同土层分布对地下结构的抗震影响

为了研究清楚成层地基中由于不同土层的分布而引起地下结构的地震响应,借助FLAC3D有限差分分析软件,通过设置土体的Hardin/Drnevich阻尼,合理地描述土体在动力作用下的滞回曲线和滞回圈,从而建立不同地质条件下的分析模型,分析地下结构在不同地基中的地震反应。结果表明,当结构处在软弱土层时,其在水平地震作用下的反应明显大于结构位于其他土层情况下的地震反应。当结构处在硬土层,或有较好的持力层,并有隔层软弱层的地层时,结构在地震作用下相对较安全。工程设计中可以通过合理地选择地下结构所处土层位置,避免未来可能地震引起的不良影响。     

用多质点—弹簧模型研究沉管隧道土体地震响应

在质点-弹簧体系数学模型的基础上,结合有限元分析,提出了沉管隧道土体地震反应的离散化分析方法,并结合广州洲头咀隧道工程实例,采用人工合成基岩加速度时程,运用时程动力法分析了隧道底部土体表面的地震响应时程,并与剪切波速传播理论的计算结果进行了对比.结果表明,采用质点弹簧体系计算得出的土表峰值位移较大,分析认为是由于弹簧质点体系计算中阻尼比取值小于剪切波速传播理论中阻尼比取值所致,建议在实际使用中采用质点弹簧体系的计算结果,按照剪切波速传播理论的计算结果可作为参考.