隧道对场地及地表结构地震响应影响分析

隧道的存在会导致场地土层以及地表结构的地震动力响应发生变化,为研究这种影响,建立了隧道-土体-地表结构相互作用体系的平面应变计算模型,同时考虑了隧道半径以及刚度变化的影响。根据模拟结果可得:由于隧道的存在,地表一定范围内的地震加速度发生显著变化;隧道半径的变化对地表加速度、地表结构地震响应的影响显著,半径越大的隧道对于地震波的阻隔作用越为明显。研究结果表明隧道对场地加速度及地表结构的影响不容忽视。     

多维地震下考虑地表建筑的土和隧道的振动台试验研究

目前关于地下结构–土体系的地震响应研究多为未考虑竖向地震作用和周围建筑的影响。以隧道–土体系为研究对象,考虑10层地表建筑的影响,进行多维地震波作用下的振动台试验,研究隧道和周围土体的动力响应规律。试验结果表明：隧道和土体在双向地震动输入下的地震响应均大于单向地震动输入的响应。随着地震波输入维数的增加,土体的频谱没有改变。土体和隧道在远场地震波作用下的反应较为强烈,但由于近场地震波具有高能量的速度脉冲,随着输入地震动强度的增大,土体和隧道在两种地震波作用下加速度响应的差异逐渐减小。上部结构–桩基的存在导致隧道中间断面与端部截面处应变的不同,与隧道的端部截面相比,中间断面右侧的应变增大,左侧的应变减小。     

下穿隧道-土-地表邻近框架结构相互作用体系

在中国城市轨道交通快速发展的推动下,隧道等地下结构近距离下穿地表建筑物的案例越来越多。对于相互穿越工程,较多的关注在于隧道等地下结构动态施工对地表建筑物安全的影响,而忽视了隧道建成后对被穿越的地表临近建筑物抗震性能的影响。拟结合某实际工程,建立盾构隧道-土体-地表邻近框架结构相互作用体系二维数值计算模型,对比分析隧道与邻近框架结构相互之间地震响应影响规律。计算分析表明：①隧道的存在使隧道两侧土体表面出现一个地震响应放大区;②下穿隧道对地表框架结构的地震响应有部分影响,但影响程度有限;③地表结构的存在对隧道结构地震响应的影响较小,可忽略不计。研究成果可为地下结构的规划以及地表结构与地下结构的抗震设计提供参考。     

地铁车站与其上盖钢框架结构体系的地震响应分析

以某实际工程为例,建立了地铁车站-上盖钢框架计算模型,分析了该体系结构的地震响应。分析中设计了5种计算工况,通过对各工况计算结果的对比分析,研究地铁车站结构与上盖钢框架结构地震响应的相互影响,以及地铁车站结构与上盖建筑物对场地土地震响应的影响。分析表明:较小尺寸的地下结构以及较轻的上盖建筑物对场地土动力特性和体系地震响应规律的影响均较小。同时,由于受土体的约束,地表框架结构与地下地铁车站结构是否相连,对体系地震响应的影响也不显著。     

基于流–固耦合的近海风电基础地震反应分析

结合近海风电单桩及四桩基础支撑体系工程实际场地资料,采用有限元数值分析方法,考虑水–土–结构动力相互作用,即考虑流–固耦合效应、饱和土的多孔介质渗流属性及桩–土接触相互作用,分析结构体系动力特性及地震反应。分析单桩有水与无水及四桩有水与无水4种工况支撑体系的自振特性和单桩有水与无水2种工况支撑体系的地震反应。结果表明:水层对结构低阶频率影响不大,对高阶频率降低幅度较大;水层对体系的水平位移、竖向沉降、峰值加速度及有效应力均有不同程度地削减;地震作用下土体的超静孔隙水压力呈现波动特性;结构的位移及应力响应均能满足规范要求。证明考虑多介质耦合的动力有限元分析方法是解决复杂海上风电基础地震响应的有效方法。     

结构-土-结构相互作用体系地震响应研究综述

依托土体为媒介,相邻地表结构和相邻地下结构在地震作用下彼此相互作用,从而影响相互作用体系的地震响应。现今地下结构的尺寸向大型化发展的同时,与地表结构的距离也越来越近,相互作用效应不容忽视。首先将地表结构-土-地表结构相互作用和地下结构-土-地表结构相互作用统称为结构-土-结构相互作用,拓展了传统结构-土-结构相互作用的内涵,然后分别归纳总结了目前地表结构-土体-地表结构、地下结构-土体-地表结构相互作用体系的研究现状和进展,已有研究表明相互作用效应主要受到相邻结构间距、结构尺寸、土体特性以及地震波特性等因素的影响;而针对材料非线性、土体非线性、地震动的空间效应等因素以及大型三维计算分析的研究相对较少。因而极有必要明确目前已有的研究进展和研究成果,提炼该复杂相互作用体系尚需解决的关键性问题。     

基于等价线性方法的地铁车站结构非线性地震响应分析

地下结构受周围土体的束缚,地震时周围土体的变形直接决定了地下结构的地震响应,因而土体的非线性特性应合理考虑,然而目前的成熟软件自身缺乏较好的土体非线性本构模型。基于等价线性方法基本原理,利用大型通用软件ANSYS平台及其参数化编程语言,实现了等价线性模型Hardin模型在ANSYS中的初步开发,并利用目前成熟的一维地层地震响应分析程序EERA进行验证,然后利用编写的程序考虑土体非线性特性,对典型地铁车站结构进行计算分析。不同工况计算结果的对比分析表明土体非线性特性对体系地震响应影响主要体现在3个方面:1)土体耗能更多,因而体系地震响应降低;2)考虑土体非线性特性时体系逐渐"软化",频率降低,中高频成分被土体吸收;3)地下结构对周围场地土的影响规律完全相反,线性时地下结构的存在会放大场地土响应,且影响范围大,而非线性时则减小场地土的响应,但影响范围相对较小。     

地下结构动土压力简化计算方法研究

基于波动力学理论,考虑土–结构动力相互作用、土介质特性及地震波的传播特性,提出了地震作用下地下结构的动土压力简化抗震设计方法。首先,将土–地下结构体系简化为单自由度的质量–弹簧–阻尼体系。其次,通过建立该体系的波动方程,并进行求解,将自由场响应换算为作用在结构上一点的动土压力,并结合结构周围土体的自由场响应分布特征,可得整个结构上的动土压力分布。最后,以振动台试验结果为基础进行了简化方法的验证,得出本文提出方法能够与试验结果吻合很好。该方法具有概念明确、计算简便、计算效率和精度高等特点,能够求解各类地下结构的地震反应,为地下结构的抗震设计提供了一种简单、实用的工具。     

层状饱和土体中衬砌对地震波的动力响应分析

以南昌地铁过江隧道为工程背景,考虑水土两相耦合作用,采用等效连续介质理论建立层状土体结构计算模型,运用有限差分方法求解层状饱和土体中衬砌结构对地震波的动力响应,分析了衬砌厚度、周边地基加固深度对地震动力响应的影响规律。计算结果表明,分层土体中的地下结构对地震波的动力响应要比均质土体中的动力响应要大;随着衬砌厚度的增加,衬砌结构的整体变形逐渐变小,衬砌结构内力增大,特别是剪力和弯矩的增幅较大;隧道衬砌内力和变形随着衬砌周边土体加固范围增大和加固土体的弹性模量的提高而减小,其中提高衬砌周边加固土体的弹性模量对地震减震效果显著,就南昌赣江过江隧道工程而言,衬砌结构周边土体加固范取1.5 m,土体弹性模量提高到原来的2倍时比较经济合理。     

支盘桩–土–高层建筑结构振动台试验的研究

 设计和实施支盘桩–土–高层建筑结构动力相互作用体系的振动台试验,再现框架结构和桩基的震害现象。通过振动台试验,研究相互作用体系的地震响应、支盘桩对结构体系的阻抗作用和单、双跨框架结构抗震性能的差异,对该体系的试验现象、基频、阻尼比、振型、位移反应和上部结构顶层加速度反应进行了计算和分析。结果表明：相互作用对结构的动力特性和地震反应均有较大的影响,支盘桩具有较好的抗压、抗拔和抗扭曲作用;相同工况时上海人工波激励下的结构最大位移反应比El Centro波大,说明结构的破坏除与震级有关外,还与地震波的波形有关;双跨框架结构的抗震性能明显好于单跨,并与汶川地震中很多单跨教学楼倒塌的现象一致。研究结果对抗震设计和防灾减灾具有重要的研究意义。     

嘎隆拉隧道洞口段地震响应大型振动台模型试验研究

 洞口段为隧道抗震关键位置,极其容易发生地基失效及结构破坏。通过对嘎隆拉隧道洞口段轴向100 m开展大型振动台模型试验研究,研究结果表明：土体对其卓越频率附近的地震波有明显的放大作用,对地震波高频部分有滤波作用;地震时隧道与土体同步振动,不表现出自身的固有振动频率,惯性力对地下结构地震反应影响不大,故隧道抗震研究的重点是地震下围岩的失效防治,结构抗震设计主要目的是减小围岩失效对隧道产生的破坏;减震层和抗震缝的设置都不会改变结构地震反应的频谱特性,但设置减震层后,结构的峰值加速度增加,加速度放大系数不能作为减震效果的评判依据。研究成果对隧道的抗震设计和减震设计有重要工程应用价值。     

土-输电塔-线体系在地震动差动作用下的地震反应分析

首先,建立土-输电塔-线体系的三维空间有限元模型,土、输电塔以及导(地)线分别采用实体单元、梁单元和索单元;然后,根据场地条件并依据GB 50260—96《电力设施抗震设计规范》生成支座位置的非平稳空间地震差动;最后,对该结构体系进行空间差动激励下的地震反应的时程计算。由分析结果可以看出:1)考虑土的共同作用后,与塔-线结构体系相比,土-塔-线结构体系的自振特性变化很小,说明对于这种高柔结构而言土层对结构的自振特性影响可以忽略不计。2)无论是对于塔-线结构体系,还是土-塔-线结构体系,差动因素增大输电塔的底部杆件的弯矩和剪力,这说明差动作用在工程中是需要考虑的;3)与结构自振特性分析结果不同,对于结构的动力响应而言,土-塔-线体系中塔的内力(弯矩和剪力)均比塔-线体系中塔内力大,这说明土层对地震动输入有放大作用。     

两层三跨框架式地铁地下车站结构弹塑性工作状态与抗震性能水平研究

针对目前缺乏对现有地铁地下车站结构抗震性能水平的认识,根据相关规范的规定,设计了7种研究不同场地类别,并考虑输入地震动强度,分析了两层三跨框架式地铁地下车站结构的动力损伤特性及其抗震水平。结果表明,地铁地下车站结构的弹性和弹塑性工作性态层间位移角限值分别小于地面钢筋混凝土框架结构的对应值;同时,地铁地下车站结构从弹性极限工作状态到弹塑性极限工作状态所对应的层间位移角的差值也较小,说明其抗震延性明显比地面钢筋混凝土框架结构的要差。基于计算结果,分析了不同输入地震动强度下地下结构层间位移角、结构与土体的刚度比和输入峰值加速度之间的关系,建立了该类地铁地下车站结构层间位移角随地下结构与地基的刚度比和输入地震波峰值加速度变化的预测公式,以及该类地下车站结构层间位移角限值与抗震性能水平的一一对应关系,初步给出了该类地下车站结构基于层间位移角的抗震性能水平划分和物理描述。     

黄土地区地铁车站振动台试验研究

在黄土地区地铁车站振动台试验中,测得模型体系加速度反应与位移反应,模型结构应变反应,地表沉降及土与结构间动土压力。分析了模型地基的边界效应、模型地基与结构的加速度反应规律及模型结构对地基地震反应的影响特征;归纳了不同峰值加速度及频谱特性地震动作用下,模型地基水平位移反应规律;并对模型体系地表沉降进行了分析。最后,根据现场观察及影像资料,对试验中模型地震破坏特点进行描述。结果表明：地震动向上传播时,模型地基加速度傅里叶谱低频部分增大,高频部分减小;在较大地震动下,土与结构动力作用较强,模型结构动力反应受周围土体控制;模型结构对地震动在地基中传播特性无显著影响;地震动具有一定方向性,且随着输入峰值加速度增大其方向性更加显著。研究结论可为黄土地区地铁车站、区间隧道及地下商业街等地下结构的抗震设计及相关理论研究提供可靠资料。     

沉管隧道地震反应分析局部精细化建模中的几个问题

通过大型沉管隧道的实例分析和前期研究成果,重点讨论沉管隧道地震反应分析中建立局部三维精细化模型时所应关注的4个问题:1模型范围大小的问题;2上覆水体动水作用的简化;3时域分析中阻尼矩阵的合理建模及其影响;4地震输入方式的选择与影响等。文中通过工程算例验证局部三维精细化建模的合理方式,研究结果表明:考察某段沉管管节的地震反应时,应至少考虑该管节两端各三段相邻管节的影响和轴向5倍以上土层厚度范围的土层影响;上覆水体可近似采用等效附加质量的方式模拟;当沉管隧道-土层体系的基频低于输入地震波的卓越频率时,易采用基于体系基频的优化方法来确定Rayleigh比例阻尼矩阵的比例系数;沿沉管隧道轴向的多点地震输入对隧道地震反应有较大影响,应加以充分关注。     

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤#br# 反应影响离心机振动台模型试验研究

已有研究表明不同轴压比下中柱侧向变形能力是影响浅埋框架地铁车站结构抗震性能的关键因素。为了研究由竖向地震作用引起的柱轴压比增高对浅埋地下框架结构的地震损伤反应的影响,采取在结构上覆土中掺入钢砂的方式体现上覆土的竖向惯性力作用,开展地下结构地震破坏离心机振动台模型试验研究。试验结果表明：结构上覆土体掺钢砂的方式对土-结构体系的动力特性、地震作用下地下结构顶、底板水平相对位移反应影响不大;增加上覆土竖向惯性力较大地改变了围岩土体与地下结构的接触压力分布形式,进而改变结构各构件的内力状态,使得框架结构中的关键竖向承力柱的轴压比升高;增加上覆土竖向惯性力导致地下结构框架受力及中柱轴压比增高的后果使得地下框架结构更易发生地震破坏。     

路基动力响应与动力破坏的大型振动台模型试验研究

 针对填方路基在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程,设计并完成1∶20比尺的填方路基大型振动台模型试验。模型的尺寸为1.93 m×3.0 m×1.4 m(高×长×厚),采用土体材料制备,通过逐级加载的方式,在振动台上对填方路基进行模型试验。在不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励下,对模型路基的动力响应、抗震薄弱部位、破坏过程以及地震动参数对动力响应的影响进行研究,分析路基及支挡结构的加速度和位移的变化规律。试验结果表明,在水平地震作用下,模型路基对输入地震波具有明显的放大作用,挡土墙顶部及路肩为加速度峰值最大的区域,是抗震薄弱的部位,整个模型路基首先在该位置出现裂缝;在不同的地震波作用下,路基坡面加速度峰值放大系数随着输入地震动幅值的增加呈现递减趋势,路基对输入波低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用;在逐渐加载的地震波作用下,模型路基逐渐出现多处开裂。试验结果可呈现填方路基在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,有助于揭示地震作用下路基结构的破坏机制,为路基的抗震设防提供相应的参考。     

群洞效应对紧邻交叠盾构隧道及场地土地震响应影响的初步分析

随着地下空间开发利用的深度和广度的进一步发展,近距离、复杂、相互穿越的大型地下空间工程必将大量涌现,各地下工程必将影响到其他相邻地下工程的抗震性能。以武汉地铁二号线和四号线工程在洪（洪山广场站）中（中南路站）区间的紧邻四孔交叠盾构隧道为依托,建立不同隧道数目的计算模型,分析了00093;群洞效应00094;对近距离多孔盾构隧道地震响应以及对场地土动力特性的影响规律。计算分析结果表明：①下卧隧道能在一定程度上阻断地震波的传播,起到减震的作用;②上层隧道的存在降低了周围土层对邻近隧道的约束作用,即降低了邻近隧道的抗震性能;③00093;群洞效应00094;对场地土基本周期以及地表加速度放大效应的影响均不显著;④浅层上覆土层对隧道抗震性能及场地土加速度放大效应影响显著。     

基于摩擦摆支座的地铁车站减震控制参数敏感性分析

为研究摩擦摆支座参数对地铁车站结构地震响应的影响,以大开车站为研究对象,建立了三维精细化摩擦摆支座模型,开展了设置摩擦摆支座地铁车站结构的非线性动力时程分析。基于数值模拟结果,研究了摩擦摆支座滑面摩擦系数与滑面等效半径的不同组合对地铁车站结构地震响应的影响。研究发现,滑面摩擦系数与滑面等效半径的改变会明显改变地铁车站结构的地震响应,相比于滑面等效半径,滑面摩擦系数的改变对车站地震响应的影响更大。摩擦系数越小,车站中柱的地震响应越小。车站中柱的弯矩与变形随着摩擦摆支座等效半径的减小而增大,中柱剪力随等效半径的增大呈现出先减小后增大的趋势。