冻土场地地震加速度反应谱研究

根据波动理论考虑土体的非线性,得到地震反应谱的解答,应用求解水平层状场地地震反应谱的等效线性化程序,数值求解不同负温、不同覆盖层厚度多年冻土场地的地震加速度反应谱,季节冻土场地冬夏季地震加速度反应谱。计算结果表明:负温对多年冻土场地加速度反应谱的影响显著,随着冻结温度的降低,加速度反应谱的加速度峰值逐渐降低,并且其峰值前移,场地卓越周期减小;随着冻土覆盖层厚度的增加,反应谱峰值先增大后减小;季节冻土场地夏季的地震反应高于冬季,但在短周期阶段也出现了反超的现象。     

多年冻土区场地地震动随机特性研究

利用随机振动理论和动力分析的有限元方法,对青藏铁路多年冻土区场地进行了随机地震反应分析,分析了多年冻土区场地随机地震特性,研究了冻土层厚度的变化对场地随机地震特性的影响,获得了场地卓越频率及地震响应峰值。研究结果表明,随着冻土层厚度的增加,场地卓越频率呈增大趋势,但变化不大,场地地震反应呈减小趋势。     

多年冻土场地路基地震加速度反应谱特性研究

多年冻土场地路基及与之相关土工构筑物的抗震己成为以往研究不足、而目前道路建设中又必须尽快解决的重要工程问题之一。以在建的青藏铁路工程的抗震设计与地震加固为应用背景，基于若干种较为典型的冻土场地路基工况，采用非水平场地土体(土工结构物)地震反应分析的二维动力有限元法，分别输入E1 Centro波及天津波，开展多年冻土场地路基地震加速度反应谱的研究工作。研究表明，在高频E1 Centro波和低频天津波输入下，无论冻土层存在与否，路基地震加速度反应谱均主要表现为高频脉冲型，反映了路基的地震冲击型破坏作用；当输入高频E1 Centro波时，在中、低频段，含冻土层路基的地震加速度反应谱较不含冻土层路基的地震加速度反应谱大；而在低频天津波输入下，冻土层存在与否，对路基地震加速度反应谱的影响较小。与不同的场地地形条件相比，输入地震波频率的不同，对冻土路基地震加速度反应的影响更大，尤其是当存在融沉盆时更加剧了路基的地震加速度反应。     

青藏铁路沿线冻土场地地震动特征研究

基于对青藏铁路沿线多年冻土区的现场地质考察、14个典型钻孔的地质编录以及现场测试,获取了青藏铁路沿线多年冻土区土层波速的基本特征。而后结合室内动三轴有关冻土动强度的试验结果,使用该地区50a超越概率为62.5%,10.0%和2.0%的人造基岩地震波输入,通过土层地震反应计算,分析研究青藏铁路沿线冻土区10个冻土场地的地震动加速度时程与加速度反应谱的基本特征及其影响因素,同时,统计研究地温对场地的地震动加速度反应谱的影响。结果表明,青藏铁路沿线多年冻土区土层波速及横波与纵波之波速比值较非冻土区大,地震强度对冻土区场地的地震动加速度幅值具有决定性影响,冻土区典型地震动加速度反应谱的中、短周期成分所占比例较大,冻土场地的地震动加速度反应谱的幅值随地温的降低而普遍减小。     

张掖地区季节冻土场地上的地震动效应

针对季节冻土地区一场地,进行了现场地脉动观测,并在观测点采集原状土样。采用动三轴试验,取得了融土和冻土的动力学参数,如土层的剪切模量比和阻尼比等。讨论了具有季节冻土层的场地上地震动反应分析的输入问题,包括边界条件、地震动时程和土层参数。利用这些参数和场地地震危险性分析结果,应用一维剪切梁模型,计算得到场地在季节冻土层消融前后的地面强震地震动参数。进一步假定不同的冻土层厚度,计算得到地震动峰值参数和反应谱随冻层厚度变化的规律,以此分析了冻土层对地震动效应的影响。对场地所做的地震动计算结果表明:地表的冻土层对强震有一定的抑制作用,冻土层对地震安全性有正面影响,此效应随冻结深度的增加而加大;而场地的卓越周期随冻土层厚度的增大而减小。对于季节冻土地区的抗震设计具有一定的意义。     

不同深度粘性土层动剪切模量比的不确定性对场地地表地震动参数的影响

本文主要以Ⅱ类场地为例,基于不同深度段粘性土层(10m以上;10m~18m;18m以下粘性土层)的动剪切模量比初始试验基准值,增加或减小其基准数值的10%,20%以及30%,其它计算输入参数不变,进行了57种工况下的土层地震反应分析计算。通过该场地条件下的不同工况的地表加速度峰值结果,以及相应工况下地表加速度反应谱的绘制,对比不同工况下的地表加速度峰值与地表加速度反应谱形态,并与实际场地土层地震反应分析模型的计算结果进行对比分析,初步得出不同深度段粘性土层的动剪切模量比的不确定性对场地地表加速度峰值与反应谱影响的规律性。     

多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及易损性研究

多年冻土区铁路桥梁工程中广泛采用高承台桩基础形式,多年冻土层的存在会对铁路桥梁高承台桩基础抗震性能产生显著影响。为系统研究多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能,确保其合理的抗震设计,首先开展冻土-桩基础相互作用拟静力室内模型试验,并建立多年冻土区铁路桥梁桩基础有限元模型,分析多年冻土层对高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能的影响规律;其次在验证有限元建模方法正确性的基础上,对拟静力试验中的原型桥梁桩基础进行IDA时程分析,并对96条地震波作用下桩基础地震反应的平均值进行线性回归分析,进而得到不同条件下桥梁高承台桩基础在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线。结果表明,多年冻土层的存在能有效提高桩-土体系的水平承载力及变形能力,增强其整体刚度和耗能能力,同时也会改变桩基础的地震破坏模式,使桩基础的塑性区域扩大,破坏程度显著增加;随着地面峰值加速度PGA的增加,不同损伤状态下桥梁桩基础的破坏概率逐渐增加;随着多年冻土的退化,桩身最大曲率明显减小,高承台桩基础的破坏概率大幅度下降,而墩顶最大位移明显增大,降低了桩基础的地震稳定性;随着桩身自由段长度的增加,桩身最大曲率和墩顶最大位移均呈增大趋势,桥梁高承台桩基础的地震易损性逐渐增大。因此,对多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础进行抗震设计时,应充分考虑多年冻土层和桩身自由段长度对其抗震性能产生的不利影响。     

局部场地对地震动参数取值的研究

基于昆明市某实际工程场地,建立场地土的一维计算剖面,利用一维波动理论计算地震反应分量,当超越概率分别为63%、10%及2%时采用频域波传播分析方法进行场地地震反应的计算、分析,研究了昆明市区某场地土对地震动振幅、频谱特性的影响的特点,及昆明盆地土类土层厚度对地震动峰值加速度的放大作用。     

两自由度滑移隔震体系的上部结构最大地震反应分析

基础滑移隔震是提高高烈度区村镇低层建筑抗震能力的有效方法。通过输入大量地震波,对两自由度滑移隔震体系上部结构归一化峰值伪加速度进行了数值分析,研究地震动和结构特性对滑移隔震结构最大地震反应的影响,并建立了上部结构峰值伪加速度的简化计算公式。研究结果表明：归一化峰值伪加速度随着上部结构周期的增大呈先增大后减小的变化趋势,可近似保守地取归一化峰值伪加速度平均值的最大值作为滑移隔震结构的最大地震反应;滑移发生后,震级、震中距及近场脉冲对结构响应的影响较小,动静摩擦系数差异的影响也可忽略不计;场地条件对上部结构响应有一定影响,表现为场地土越软,结构响应越大,但这一影响总体上随着归一化地面峰值加速度的增大而减小;对于给定的场地类别、质量比和归一化地面峰值加速度,归一化峰值伪加速度基本服从正态分布。基于参数分析结果,建立了归一化峰值伪加速度平均值与变异系数的简化计算公式,公式计算结果与简化模型计算结果吻合较好,可用于计算任意超越概率下的归一化峰值伪加速度值。     

天津南港吹填土厚度变化对地表峰值加速度的影响

场地条件对地震波有明显的放大或缩小作用。工程抗震设防确定工程场地设计地震动参数时,必须考虑工程场地条件的影响。本文选用一处工程实例中的地震危险性计算结果,采用一维等效线性化波动方法,研究了吹填土软弱层厚度对地表峰值加速度的影响。研究结果表明:在不同的地震动输入条件下,输入的地震动强度越小,地表峰值加速度放大效应越大;地表峰值加速度放大倍数随着吹填土软土层厚度的增加先增大后减小,而最大放大倍数所对应的软土层厚度与地震动输入的大小有关。本文所得结果有助于在地震安全性评价工作中把握重点,为制定出合理可靠的工作方案提供依据,从而减少土层地震反应分析过程中的不确定性,提高抗震设防参数的精度。     

考虑多年冻土蠕变特性的抗拔桩 非线性有限元分析

 结合青藏铁路多年冻土区钻孔灌注抗拔桩现场载荷试验,依据场地多年冻土地温实测资料、物理力学参数以及冻土类型,考虑多年冻土蠕变特性,对冻土区钻孔灌注抗拔桩进行非线性有限元分析。桩–土体系有限元分析采用三维十节点四面体等参单元,桩–土相互作用采用面–面接触单元;同时,假定桩–土体系本构模型服从Drucker-Prager屈服准则。通过数值模拟计算结果与抗拔桩现场载荷试验的对比分析,结果表明,考虑冻土蠕变的分析结果与试验值较为接近,不考虑冻土蠕变时,当外载荷较大时桩顶上拔位移的计算值要比试验值小43%左右,但外载荷较小时两种计算结果差别不大。因此,考虑冻土蠕变的分析方法更比较符合多年冻土区钻孔灌注抗拔桩的实际受荷特点。     

青藏直流输电工程粗粒冻土地基温度监测与分析

为分析青藏直流输电线路工程冻土地基的冻结情况及其对基础安全稳定性的影响,在青藏高原五道梁地区对装配式原型基础冻土地基进行1个冻融过程的地温监测,结合该地区气温资料,分析粗粒冻土地温随时间变化特点和沿深度分布情况。监测结果显示：地温呈周期性波动,振幅随深度增加而减小,原状和回填冻土地基上部均存在冻融状态交替的冻融活动层;监测期内基础底部冻土处于冻结状态,基础安全稳定;原状和回填冻土最大融化深度分别为3.0和3.2 m,通过建立地温估算公式,并利用地温变化幅值、均值等结果,得到原状多年冻土上限为3.1 m,与工程勘测和监测结果一致;建立冬季时高孔隙率回填冻土地基传热方程,分析地基传热性能和与孔隙率直接相关的地基中空气自然对流速度对地基回冻的影响。研究表明：冻土回填扰动加剧地温波动的振幅和增大冻土融化深度,但影响程度和范围有限;输电线路冻土装配式基础冬季施工,在冻融活动层深度内保持地基适当孔隙率,既可在冬季加速地基回冻,又可利用土体自然固结和融沉,提高压实度,从而在暖季减弱热量向地基深部扩散,有利于地基保持冻结。     

青藏高原多年冻土区斜坡段路基粉质粘土的试验研究

多年冻土区斜坡段路基由于受到环境、冻土条件、地貌特点及工程条件的影响,其稳定性对线路的安全运营存在潜在的危害,本文通过现场实地调研,选取典型斜坡路基断面并进行现场取样,针对试验段典型土样,开展了室内静三轴及振动三轴压缩试验研究。试验结果表明,冻土强度随温度的降低而线性增大,随含水量的增大而降低,而围压变化（0.5～2M...     

菏泽矿区深部黏土层冻结土的力学性状试验研究

 对万福矿井400～700 m深度3个巨厚黏性土层取样进行冻土力学性状试验研究,获得如下结果：(1) 深部黏性土冻土的应力–应变曲线关系主要表现为应变硬化特点,达到峰值应力之前显现较大幅度的屈服形变;(2) 从－15 ℃,－20 ℃和－25 ℃三种对比温度的冻土力学性状看,温度对于冻土蠕变性的影响较对强度的影响更明显,－20 ℃是有效控制深部黏土冻结壁蠕变性的冻结状态界限值。经分析认为,深层黏土冻土力学性状及其与冻结温度的关系特点主要与层深部黏性土的含水性和结构性有关。试验土样处于半坚硬状态,所含水分以结合水为主。因结合水冻结温度要比重力水低得多,温度降低至－20 ℃以下,土中胶结冰含量会因结合水的冻结而明显增加,胶结冰和粒间摩擦力对于冻土强度的发挥程度趋于稳定,由此导致冻结土流变性的急速降低。     

新疆皇吉220 kV输电线路天山段多年冻土工程特性研究

多年冻土和季节性冻土属于不良工程地质条件,其物理特性、力学和热学性能决定了冻胀和融沉工程病害对线路基础稳定性的影响程度。系统介绍了新疆皇吉220 kV输电线路天山段多年冻土原位直剪试验、融化压缩试验、静载荷试验试验方法及其研究成果,从而为该地区输变电线路基础型式选择与设计优化提供了具有较高价值的参考资料。     

季节冻土区铁路路基振动加速度现场监测

为研究季节冻土区铁路路基在不同冻结时期振动特性,针对典型深季节冻土区大庆分别在冻结期、春融期和正常期进行列车行驶路基振动加速度的现场监测。研究结果表明:1季节冻区路基振动加速度有效值衰减速曲线可用负指数函数拟合;2路基振动强度受列车类型、行驶速度、列车编组、列车载重等因素共同影响;3受环境温度变化的影响,在冻结期自路基基床表层向下冻结,这部分冻结层使路基强度和刚度增加,阻尼比减小,因而导致加速度幅值在纵向和竖向被放大而在水平方向被抑制;4在春融期自基床表层向下开始解冻,由于其下部土体仍处于冻结状态,融化产生的水分无法及时从底部排出,于是形成饱水层使结构层强度大大降低,此时在上部列车荷载作用下,加速度幅值在纵向和竖向被抑制而在水平略有增加。