跨断层地下管线振动台模型试验研究(Ⅰ)——试验方案设计

本文针对跨断层地下管线的地震破坏特性,设计跨断层地下管线的振动台试验模型。首先根据试验条件,对整个模型体系进行相似比分析,设计了可以模拟走滑断层错动作用的模型土箱;其次对模型材料的物理力学特性进行室内试验,确定模型土的级配曲线和抗剪参数;然后根据管线承受断层作用的数值模拟结果,对传感器进行合理的布置;最后,介绍模型土的成形过程。     

地下管线-土非一致激励振动台试验研究

地下管线的非一致激励振动台试验研究在国内外还属于空白.通过设置在两个振动台上的层装剪切箱,埋入钢制管道,输入合成相干地震波,进行了埋地钢管管土相互作用非一致激励振动台模型试验研究,探讨了非一致地震激励下的埋地管线-土的反应规律及发展变化过程.试验数据分析表明:(1)非一致激励输入的结构反应大于对应一致输入下的结构反应;(2)管土接触面不同点处的破坏发展是不同步的;(3)土体的相对位移是影响管体应变的直接因素(4)随输入振幅的增大,管土的振动形态出现很大差别.     

地下管线非一致地震激励振动台试验的三维有限元建模

基于通用有限元软件ABAQUS,针对地下管线非一致地震激励振动台试验开展了三维有限元建模与分析.首先着重对模型箱的建模方法进行了探讨,采用Drucker-Prager模型考虑土体的非线性,并利用主从接触单元考虑土-结相互作用的非线性力学行为,然后将数值模拟结果与试验结果的自振频率、应变响应、加速度及位移响应进行对比.结果表明:所提出的分析模型和方法能够比较准确地模拟试验中土体和结构的反应及其相互作用,为地下管线的地震响应理论分析奠定了基础.     

地下管线弹塑性屈曲的试验研究

地下管线弹塑性屈曲的试验研究张永洲，曲延安，曲牧（大连理工大学）侯忠良（冶金部建筑研究总院抗震所）前言随着社会经济的发展，地下管道在输水、油、气、煤以及在通信、供电、交通等方面得到广泛的应用，成为现代工业生产和城市的大动脉。因此，人们通常称之为地下生...     

地下结构地震模拟振动台试验研究

文章通过振动台试验,总结了地下结构地震反应规律,分析地下结构的变形机制．并重点分析上覆土层和竖向荷载对地下结构动力性态的影响。试验表明浅埋情况的各种反应均大于深埋情况,这说明了约束结构的上覆土层的重要性。垂直激励的参与改变了结构的响应,增大了结构内部的应力,尤其是结构顶部的剪力。并结合结果对设计类似的大跨度地下结构提供有益的结论和建议。     

跨断层隧道设置常规抗减震措施振动台试验研究

针对跨断层隧道洞身段设置抗减震措施开展振动台模型试验研究.通过分析围岩与隧道结构的地震加速度响应、地震动应变反应以及隧道结构的震后破坏形态,对设置减震缝、减震层和无抗减震措施3种情况进行对比研究.结果表明:新型滑动装置在单一模型箱内能够较好地模拟断层错动,从而实现对模型系统的非一致性地震激励;断层错动能够引起隧道结构横断面大范围的破坏,因此跨断层的隧道结构必须设置抗减震措施;减震缝可以使隧道结构发生相对变位以降低结构的地震动应变值;减震层材料的缓冲作用可以削弱隧道结构因受围岩约束而产生的受迫振动,从而降低地震动应变值;减震层的减震效果优于减震缝,但是要充分发挥二者的抗减震作用,还需提高衬砌混凝土的强度;拱肩、拱脚和仰拱是隧道结构抗震加固的重点部位.研究结果有利于隧道结构新型抗减震措施的开发,以及为跨断层隧道结构的抗震设防提供参考.     

减震层减震原理及跨断层隧道减震技术振动台试验研究

通过波函数展开法给出平面SV波入射下深埋圆形隧道"围岩—减震层—初期支护—二次衬砌"减震结构的动力响应解析近似解,分析了减震层厚度、弹性模量对衬砌结构动应力集中系数的影响,并开展了跨断层隧道抗减震研究大型振动台模型试验,通过分析跨断层及其设置减震层后隧道衬砌动力响应特性和破坏形态,得到以下有益结论:减震层与围岩弹性模量比越低,减震层厚度越大,衬砌动应力集中系数越小;减震层与围岩弹性模量的最优减震比在1/10~1/20,最优减震层厚度不宜大于0.2 m;跨断层破碎带隧道设置减震层可以明显降低跨断层衬砌结构加速度峰值和衬砌动应变幅值;断层处隧道衬砌裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩,并分布有剪切错动引起的环向裂缝,设置减震层后,断层处隧道衬砌裂缝明显减少,衬砌受力得到明显改善;断层处地表出现了平行断层方向为主的的贯通裂缝和大量斜裂缝,说明断层处以剪切破坏为主,设置减震层后,地表裂缝明显减少。     

矩形顶管施工地下管线破坏机理分析与控制

由于顶管施工不可避免地对周围土体产生扰动,引起地层移动,从而威胁邻近地下管线的安全.文中以某地铁站出口市政过街通道矩形顶管施工为背景,通过分析矩形顶管施工时土体与地下管线的相互作用,探讨管线应力和位移的分布情况,对其破坏机理进行了总结,并阐述了相应的控制措施.     

断层错动对上覆土体及隧道影响的模型试验

通过砂箱模型试验,采用FBG传感器,研究隧道距基岩面不同距离时隧道顶部和底部纵向应变变化规律,试验结果表明:随着隧道距基岩面距离的增加,隧道变形极值点的位置向错动迹线左侧区域移动,出现在错动迹线左侧0～15 cm的范围内;在上覆土体厚度一定的情况下,隧道距基岩面距离存在着一个最不利值,该位置的隧道衬砌在断层错动时,被破坏的可能性最大;随着隧道距基岩面距离的增加,断层传播到地表的水平传播距离减小。     

顶管施工引起邻近地下管线附加荷载的分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管掘进机与土体之间的摩擦力和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体附加应力计算公式。假定土体为Winkler模型,推导得到土体损失引起的垂直向土体附加应力计算公式。研究了顶管施工在邻近垂直交叉地下管线上引起的附加荷载分布规律。研究结果表明：附加荷载的变化规律与地下管线和掘进机的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着地下管线与顶管之间距离的减小,附加荷载急剧增大;在正常施工时,竖直方向引起的附加荷载值最大,顶进方向其次,垂直于管壁方向最小。     

地下管线地震响应及土体弹性抗力系数研究

基于土体对地下管线弹性约束的现有设计方法不考虑管土间的塑性滑移,夸大了周围土地对管线的约束程度。研究采用弹性地基梁模型并考虑管土界面上土体剪切破坏或界面摩擦所产生的塑性滑移,发展了地下管线弹塑性地震反应计算方法,推导给出了管体应变的基本计算公式,公式采用滑移系数反映管土间相对滑移所引起的管应变的降低。此外,考虑管线受到行波激励的简谐波作用,推导了土体弹性抗力系数的计算公式,而临界剪应力取为依据土体抗剪强度和摩擦力计算的较小值。通过将简化计算结果与精细有限元分析的对比,验证了本文弹塑性地震反应法和土体弹性抗力系数取值的合理性。     

跨断层埋地管线有限元建模方法研究

回顾了跨断层埋地管线几种计算模型,提出了一种埋地管线有限元分析模型,将土体和管道作为一个整体的力学模型来研究。采用三维非线性接触单元（Goodman接触单元）来模拟管道与土体之间的相互作用,管道采用四节点薄壳单元,土体采用三维实体单元,同时给出了位错量的输入模型。通过算例分析,与其它经典模型进行了比较,结果说明了本文模型的可行性。     

沉桩挤土效应对临近地下管线影响的试验研究

基于3×3群桩,采用PVC管模拟地下管线,完成了沉桩挤土效应对临近地下管线影响的模型试验,研究了沉桩过程中地下管线的应变变化规律,探讨了管线直径、埋深和与沉桩区域距离对地下管线应变的影响规律。结果表明,沉桩过程中,由于挤土效应,地下管线的应变逐渐增大,距沉桩区域很近时,管线有应变软化现象,且距离变化时,管线应变变化规律不尽相同;管线直径越大,抗弯刚度越大,应变越小;管线埋深越大,应变越大,但距沉桩区域较远时,出现管线埋深增加应变减小的现象;地下管线距沉桩区域越近,应变越大。试验结果对临近地下管线场地上沉桩施工具有重要的指导意义和实用价值。     

南京世纪塔振动台模型试验研究

南京世纪塔是一座由斜塔、斜拱以及连接两者的空间拉索组成的大型标志物 ,结构形式和受力条件都较为复杂。设计了该结构的 1 18模型 ,进行了振动台模拟地震试验。通过试验 ,研究了该结构在各级地震下的抗震能力和结构的自振特性 ,验证了结构设计所采用的计算方法和计算模型。     

顶管施工中相邻垂直交叉地下管线变形的三维有限元分析

顶管施工引起的管道周围土体移动会对相邻地下管线造成危害。采用三维有限元分析了顶管施工引起的相邻垂直交叉地下管线变形，研究了离顶管距离的远近、注浆、纠偏、不同管材、地下管线埋深、管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响。研究表明：地下管线产生的竖向位移远大于水平位移，当顶管开挖面通过地下管线2m时，地下管线产生的竖向位移达到最大；顶管向地下管线侧纠偏是引起地下管线变形的主要原因；地下管线弹性模量越小，产生的位移越大。地下管线周围土体的弹性模量大小对位移有很大影响，可以通过注浆等方法加固土体以减小地下管线的位移。     

相邻深基坑不同土体参数对地下管线影响分析

基于三维有限元,从管线的位移场入手,首次进行相邻深基坑开挖对周围地下管线影响的研究,模拟和分析了相邻深基坑不同土体参数对周围管线影响,以管线的水平和竖向位移来检验对管线影响的大小。     

边坡动力破坏机理的振动台试验研究

将数字图像位移测量技术和有限元数据平滑方法应用到边坡模型的振动台试验中,得到了整个振动过程的位移场和应变场,探讨了土质边坡的动力破坏模式和破坏机理。结果表明土质边坡的变形是渐进式的,坡体中部到坡脚是剪切破坏,坡顶一定深度是拉剪破坏,破坏时有深层的圆弧状滑动面,用位移时程曲线的广义曲率做为判断边坡动力破坏的物理量是可行的。     

大直径顶管施工对邻近垂直交叉地下管线的影响分析

针对深圳某变电站线路出线配套电缆大直径顶管工程施工对地下管线的影响,利用FLAC3D模拟了大直径顶管施工过程,分析了邻近垂直交叉地下管线在不同开挖面推进力、管线与顶管开挖面不同距离情况下的位移变化．研究表明：推进力大小对垂直交叉地下管线的水平位移影响明显大于其对竖向位移的影响;并且在距离顶管中心线10m（约2．5倍管道直径）范围管线的位移随顶管推进力及开挖面位置的变化有较大变化。     

盾构隧道施工对既有地下管线影响的现场监测

结合天津地铁6号线南河庄至大毕庄段盾构隧道施工实例,对与隧道垂直埋深3 m的航油管线及其周围土体进行了现场检测,研究了盾构施工对既有地下管线的影响,通过埋设沉降板与应变传感器,获取了管线周围土体的沉降数据以及管线的应变数据。     

地下管线探测精度分析及运用方法

对小区管线竣工测量中遇到的一些问题及其处理方法进行了阐述和分析,指出地下管线探测中物理探查是工程的主要环节,管线点成果的最终精度主要受探查精度的影响,同时提出了提高探查精度应注意的问题和应采取的具体措施。