软弱地基浅埋地铁区间隧洞的地震反应分析

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋地铁区间隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比λ与剪应变幅值γ之间的关系曲线,以及各土层的剪切波速;同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞的地震反应进行了数值模拟。计算结果表明:软土地基上的浅埋隧洞在中强地震发生时,在衬砌内引起很大的轴向力、剪力和弯矩,使得软土地基上浅埋隧洞在地震荷载作用下距离洞顶和洞底±35°左右的地方很容易发生剪切和弯剪破坏,这与已有地下隧道的震害是非常吻合的,因此该计算结果对地下区间隧道的抗震设计具有重要的参考价值。     

土的非线性动剪切模量比和阻尼比不确定性分析

利用实验资料研究了中国常规土类动剪切模量比及阻尼比随剪应变变化非线性关系的不确定性问题,包括典型应变下分布形态、概率统计指标以及不同概率水准下变化范围和规律。以中国17个省份42个城市和地区588组土样实验为基础数据,对8个典型剪应变进行的动剪切模量比及阻尼比不确定性的概率进行分析,结果表明:常规土类动剪切模量比和阻尼比的变异性以偏态分布为主,其概率统计指标呈现良好规律;各种土类动剪切模量比及阻尼比的标准差和变异系数都很大,而标准差最大值恰出现在土层地震反应计算的敏感区间内;各种土类动剪切模量比及阻尼比的外包线与其95%参考值都有较大差别,体现了实验结果显著的离散性;动剪切模量比的变异系数随剪应变而明显增大,阻尼比的变异系数随剪应变的增大而显著减小;大应变时动剪切模量比不确定性大,而小应变时阻尼比离散显著;阻尼比的变异系数要明显大于动剪切模量比的变异系数,表明阻尼比具有更大的不确定性。     

软弱地基浅埋隧洞对场地设计地震动的影响

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比与剪应变幅值之间的关系曲线及各土层的剪切波速;λγ同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞开挖引起的场地地震效应的变化进行了数值模拟。计算结果表明与自由场的地震效应相比,浅埋隧洞对所处场地的地震效应有很大的影响,本文初步给出了这种影响的范围和影响的程度,以及开挖浅埋隧洞所引起的场地地震效应的一些变化规律,为确定地铁附近已建或新建建筑的设计地震动参数提供了参考依据;浅埋隧洞开挖对软弱场地设计地震动参数的影响应引起工程界足够的重视。     

土动三轴试验参数选取的理论分析与计算

土的动剪切模量与阻尼比这两个重要的土动力学特性参数,是土层地震反应分析中必备的数据,也是场地地震安全性评价必不可少的内容。目前地震安全性评价工作所需要的土动剪切模量比阻尼比试验结果多采用动三轴仪器进行试验。该试验涉及到固结比(围压与轴压取值)、频率、固结时间等多个参数,故其试验参数的选取对试验结果是至关重要的。试验参数选取的合理与否,直接影响所取土试样的土动力特性结果的正确与否。本文主要从动三轴试验原理和岩土力学、岩土动力学方面,结合地震安全评价工作实际目的,分析土动剪切模量和阻尼比试验参数意义,并给出参数正确的取值方法,确保土的动剪切模量与阻尼比试验数据结果的可靠性。     

水泥土小应变动力特性试验研究

通过GDS共振柱,研究了不同围压、不同掺和比对水泥软黏土小应变动力特性(动剪切模量和阻尼比)的影响,得到了水泥软黏土小应变动力特性的变化规律。随着应变幅值的增加,动剪切模量逐渐衰减。最大动剪切模量随有效围压的增大而线性增大;在相同应变水平下,随着水泥土掺和比增大,有效围压对动剪切模量的影响逐渐减小。随着应变幅值的增加,阻尼比逐渐增大。相同应变水平下,试样的阻尼比随有效围压的增大而有轻微地减小。水泥掺和比对阻尼比的影响较小,随着水泥掺和比的提高,相同应变水平下试样的阻尼比有略微地升高。与动剪切模量相比阻尼比对有效围压和掺和比的变化不敏感。     

粉土地震液化动力反应的数值分析

文章基于动三轴实验结果得出的粉土液化孔压增长模型,采用有限元分析程序,在输入两组地震波情况下,对粉土的液化进行了地震动动力反应分析。分析结果表明,地震动作用时,埋深浅的粉土抵抗液化的能力比埋深大的土弱,土体液化后能对地震动产生一定的滤波和放大作用,不同深度土层的加速度时程曲线幅值由下向上逐渐增大,剪应力时程曲线则具有相反的规律。在只输入水平向地震加速度的情况下,也输出了一定的垂向加速度,且垂向加速度在土层中也是由下向上逐渐增大。     

杭州地区软土层土质特性研究

通过对杭州地区典型软土层（第①、第②软土层）土质力学特性、动剪切模量比和阻尼比的分析,详细探讨了杭州地区第①、第②软土层压缩指标、抗剪强度指标与物理指标之间的分布规律和相关性,拟合了相应的经验回归公式,发现了第①、第②软土层动剪切模量比G/Gm ax、阻尼比λ与剪切应变γ之间的关系,并利用M artin-davidenkov模型和陈国兴等建议的阻尼比经验公式进行了拟合,给出了拟合曲线和拟合参数推荐值,从而得到小应变条件下,杭州地区软土层动剪切模量比G/Gm ax和阻尼比λ随剪切应变γ变化的参考值,有利于杭州地区第①、第②软土层动力特性的认识。     

不同土性的地基-结构动力相互作用振动台模型试验对比研究

通过结构-地基动力相互作用(SSI)体系的振动台模型对比试验,研究了不同土性的地基条件对动力相互作用效果和规律的影响。在试验现象方面发现,地基土越软弱,结构沉降和倾斜越大;不同土性条件下结构裂缝形态相似,但土越硬,裂缝出现越早,发展也越严重。在体系动力特性方面发现,SSI体系频率均小于不考虑SSI的结构自振频率,阻尼比大于结构材料阻尼比,但不同土性条件时由于土、基础、结构三者刚度比不同,SSI对动力特性的影响程度和机理存在差异。在地震反应方面发现,土越硬,加速度反应的峰值放大系数越大;加速度反应的主要组成成分和频谱特征是,土较软时以基础转动引起的摆动分量和平动分量为主;土较硬时以结构弹塑性变形分量为主。结果表明在不同地基土性条件下,结构-地基动力相互作用具有相似的规律,但其效果和机理存在差异。     

苏州第四纪沉积土动剪切模量比和阻尼比试验研究

通过深入分析苏州第四纪土的海相、陆相沉积环境及土层分布特征, 对苏州第四纪土 311 个原状土样进行了土的动剪切模量比和阻尼比试验研究 ,结果发现：海侵作用和土层深度对苏州第四纪各类土的动剪切模量比、阻尼比与剪应变幅值关系曲线的影响有明显差异,深度 0 ～ 30 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别低于和高于陆相黏土的曲线,深度 30 ～ 100 m 的海相黏土动剪切模量比和阻尼比曲线分别高于和低于陆相黏土的曲线;土 层深度对海相黏土、粉质黏土和海、陆相粉细砂的动剪切模量比曲线 以及对海相黏土、粉质黏土和陆相粉细砂的阻尼比曲线的影响较为明显;对黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂按土层深度 0 ～ 30 m 和 30 ～ 100 m 以及淤泥质土、中粗砂不区分土层深度,给出了苏州第四纪各类土的动剪切模量比和阻尼比曲线经验关系的拟合参数值及其平均关系曲线推荐值。     

共振柱及动三轴试验在地铁工程中的应用分析

为考虑地铁运营期间,列车动荷载对土层的振动效应,对粉土、砂土和软土分布较广较厚地段选取适当地点布置一定数量的共振柱试验和动三轴试验,获得典型土层的动弹性模量、动阻尼比。试验结果表明,在特定剪应变值情况下,阻尼比随剪应变值的增大而增大,剪切模量比随剪应变的增大而减小。在同一围压条件下,当γ≤0.005时,阻尼比随剪应变值增加很快,剪切模量比随剪应变增大而减小的幅度大;但当γ0.005时,阻尼比随剪应变值增加缓慢,后期基本不变,剪切模量比增长缓慢,基本趋于平稳。围压相同时,剪切模量比随剪应变比的增加而减小,当γ/γ_r≤5时,其递减幅度大;而当γ/γ_r5时,剪切模量比随剪应变的递减幅度小,基本保持不变。     

土层非线性非平稳有效应力动力响应可靠度分析

在非平稳一致地震输入下对非线性土层进行了有效应力动力响应可靠度分析。通过虚拟激励法,将非平稳地震加速度功率谱密度作为基岩上的虚拟输入,并利用Hardin-Drnevich双曲线模型考虑土层的非线性特性,迭代计算得到土单元的剪切模量与阻尼比。在此基础上,运用有限元方法对土层进行了地震响应分析,通过比较4种方法获得等效峰值剪应力和剪应变来计算等效动力剪切模量和振动孔压。结果表明,采用基于概率平均法的插值方法与确定性分析所得的平均值较为接近,说明由于孔压的不断上升与土层有效应力的降低,可液化地基的地震响应变为非平稳随机过程。     

青岛第四纪冲洪积粉质黏土的动力特性研究

通过对青岛城区第四纪冲洪积粉质黏土原状土样进行大量动三轴试验,研究了在不同固结条件下此类粉质黏土的动弹性模量、动剪切模量及阻尼比等一系列的动力特性.试验结果表明:青岛第四纪冲洪积粉质黏土的应力-应变关系符合双曲线模型.土的动弹性模量随动应变的增大而减小,随围压的增大而增大.土的动剪切模量随剪应变的增大而减小.每个模型土的初始动剪切模量G0和最大动剪应力τy与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且对不同固结状态归一.阻尼比随剪应变的增大而逐渐减小,且当γd接近0.002时趋于稳定,围压和固结比对阻尼比的影响较小.     

小应变下舟山海相软土动剪切模量与阻尼比试验研究

以舟山海域海底原状海相软土为研究对象,利用GDS共振仪对各深度范围土样在不同围压下进行了一系列动力试验,得到了各深度范围土样在不同围压下动剪切模量和阻尼比随动剪切应变的变化趋势。试验结果表明:1×10-6~1×10-2应变范围内深度对舟山海相软土动剪切模量和阻尼比的影响不太明显;随着动剪应变的增加,动剪切模量逐渐衰减,阻尼比逐渐增大;围压对动剪切模量比G/Gmax和阻尼比D/Dmax的影响比较明显,围压越大G/Gmax越大,阻尼比D/Dmax越小。通过理论分析采用修正的Hardin-Drnevich模型给出其归一化动剪切模量比和阻尼比随剪应变变化关系曲线,并且给出了舟山海域海相软土G/Gmax和D的推荐值以及与规范值、袁晓铭推荐值加以比较。试验及分析结果加深了对舟山海域海相软土动力特性的认识,也进一步为海洋底盘工程建设提供了可靠的动力学参数。     

软土地层中越江盾构隧道的地震响应分析

在有效应力动力分析方法的基础上,采用等效线性化方法的动力计算模型,研究了在7度地震下隧道-土体体系的地震反应.计算中采用唐山地震波作为水平输入的地震波,得到隧道周围土层的反应加速度、动孔压比、动剪应力比等地震反应,并估算了地基土的震陷值,为工程的抗震措施提供必要的参考依据.     

泥炭及泥炭质土动力学参数的统计分析

在收集泥炭土动力测试数据及开展泥炭土动三轴试验基础上,统计分析了泥炭土的剪切波速与土层深度及物理指标的关系、泥炭土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化规律,并与黏性土进行了对比分析。结果表明:泥炭土是一种软弱高压缩性土,其动力特性受多种因素影响,表现为动强度低,动力特性复杂。昆明地区泥炭土的剪切波速与土层深度有较好的相关性,与单个物理指标之间没有明显相关性。建立的美国加州和我国昆明两个地区泥炭土剪切模量比和阻尼比计算模型能较好地描述其随剪应变的变化规律。与加州泥炭土相比,我国昆明地区泥炭土的模量比在低剪应变下相对偏大,而在高剪应变下相对偏小,阻尼比也表现出类似的变化特征。与黏土相比,泥炭土的模量比明显偏大,而阻尼比明显偏小。目前国内对泥炭土动力特性的研究还不多,需要积累更多的测试数据,以便得到更合理的泥炭土动力学参数及模型。     

土动力学参数统计分析研究综述

阐述了土动力学参数,包括土层剪切波速V_s、动剪切模量比G/G_(max)、阻尼比λ_d,统计分析研究的发展现状及研究进展,对已取得的各种统计结果作了评述,并提出了需进一步工作的方向.     

细粒含量及固结应力对饱和砂土动剪切模量和阻尼比影响试验研究

土的动剪切模量和阻尼比是描述土体动力特性的两个主要参数。利用美国GCTS公司研制的TSH-100型共振柱试验仪对等压固结条件下饱和砂土的动剪切模量和阻尼比进行测试,研究细粒含量(FC)和固结应力对动剪切模量和阻尼比的影响。试验结果表明:各固结应力水平下,细粒含量对砂土动剪切模量和阻尼比的影响规律趋于一致。当0≤FC≤10%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐减小,阻尼比则逐渐增大;当10%FC≤40%时,随着细粒含量的增加,砂土的动剪切模量逐渐增大,阻尼比则逐渐减小。细粒含量相同的砂土,随着固结应力的增大,动剪切模量呈增大趋势,阻尼比呈减小趋势。     

地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究

详细介绍动力时程分析方法、反应位移法、整体式反应位移法、强制反应位移法、张建民地震土压力方法、简化地震土压力方法、反应加速度法、地下结构Pushover分析方法等地铁地下结构抗震设计方法。结合以上各种抗震设计方法,计算不同地质条件以及不同埋深条件下北京地下直径线单层框架结构侧墙变形(顶底板位移差值)及结构内力,并对其结果进行比较分析,为探讨各种设计方法计算结果的差异性规律提供一定的依据。结果表明,不同土层条件时,反应加速度法、地下结构Pushover分析方法与动力时程分析方法计算值基本一致;不同埋深条件时,基于日本铁路抗震设计规范动弹簧系数的反应位移法、张建民地震土压力方法与动力时程分析方法计算值更为接近。     

冻融循环下钢渣砂土混合料的小应变动力特性参数研究

利用GDS-RCA共振柱系统进行钢渣砂土混合料的小应变动力特性研究,分析了不同围压、配合比以及冻融循环次数的情况下动剪切模量和阻尼比的变化规律。通过试验得到了3种配合比、4种冻融循环次数在3种围压下的动剪切模量和阻尼比的曲线,采用Hardin-Drnevich双曲线进行拟合分析并对最大动剪切模量的经验模型进行预测。结果表明：钢渣砂土混合料的动剪切模量均随围压的提高而增大,随应变的增大而减小,随冻融循环次数的增加而降低;阻尼比随围压的提高而减小,随应变的增大而增大,随冻融循环次数的增加而增大;在3种配合比中,当钢渣掺量为40%时最大动剪切模量最大,不同钢渣掺量对阻尼比的影响较小。验证了钢渣砂土混合料在冻土地区地基处理中应用的可行性。     

不同概率水准下动剪切模量比与阻尼比上、下限的计算

采用试验方法,研究不同概率水平下常规土类动剪切模量比和阻尼比非线性曲线上限和下限变化范围,提出典型剪应变下黏性土和无黏性土动剪切模量比和阻尼比落在不同区间概率大小的计算方法和计算公式.计算方法形成的基本思路为:将试验资料整理成标准结果,利用频数分布图、概率纸法检验图和SAS软件得到典型剪应变下2个参数变异性分布形态,根据不同分布形态采用2种不同方法计算典型剪应变下2个动力参数上、下限概率参考值.分析结果表明:不同剪应变下动剪切模量比和阻尼比上、下限值随概率水准的变化具有规律性,不同剪应变下2个动力参数的上限和下限与其出现的概率之间均满足Boltzmann方程,但方程中参数随剪应变和土类而变化;所有概率水平下不同剪应变的动剪切模量比上、下限区间大小均有明显差异,剪应变在10-4～10-3范围内的动剪切模量比上、下限范围最大;同一概率水平下阻尼比上、下限区间大小随剪应变增大而明显增大.提出的2个动力参数的概率计算公式为土动力学和地震工程可靠性理论研究奠定一定基础,也为工程结构的抗震设计和地震安全的风险评估提供直接的技术支持.