临河软土地层深基坑施工地连墙变形规律研究

当前全国各大城市交通市政工程建设开始迈向地铁时代,地铁建设既能解决城市交通紧张问题,又不占用建设用地和耕地,但建设地铁时确保深基坑施工安全及控制基坑变形是工作重点,以杭州至德清市域铁路工程1标总承包二工区区间风井深基坑工程为背景,对临河软土地质条件下深基坑施工地连墙变形的规律展开了研究,得到以下主要研究成果:临河软土地区地连墙水平位移变形规律为“弓形”,其变形量随深基坑施工进度逐渐增加,最大偏移量发生在第四道支撑和第五道支撑之间;地连墙顶部的变形量随基坑施工也不断增加,靠近基坑长边中部位置的竖向位移处于波动型缓慢增长趋势,同时墙顶水平位移也以波动型缓慢增长为主;地连墙的变形控制措施主要可以从优化支撑布设间距、调整地连墙入土深度和优化基坑开挖顺序等方面进行控制。

苏州城区深软场地土剪切波速与土层深度的经验关系

苏州地处长江下游冲湖积平原,第4系沉积土层发育,土层深厚、松软,远震、大震的长周期地震动对苏州城区的重大工程有可能造成严重震害。结合海侵地质成因,分析了苏州城区深软场地52个钻孔剖面的剪切波速资料,发现剪切波速与土层深度的关系:40m以上浅土层基本符合线性函数分布,40m以下深土层基本符合幂函数分布;依据考虑和不考虑土体分类2种情况,给出了采用线性函数、幂函数分段形式拟合的苏州城区深软场地剪切波速随土层深度变化的经验关系,为苏州城区深软场地重大工程建设的场地地震效应评价提供了有益的基础性资料。

远场大地震作用下深软场地设计地震动参数研究

针对苏州城区典型地层剖面,建立大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型,研究了大地震远场地震动作用于深软场地的设计地震动参数。结果表明:①大地震远场地震动作用时的深软场地地表地震动峰值加速度(PGA)明显大于人工波作用时的地表PGA,输入地震动特性、土介质的横向不均匀性及其非线性,使不同地表位置的PGA存在明显的变异性;②深软场地的地表设计地震动参数max,max和g T值远远大于现行国家规范或标准的取值,且max随地震动水平的提高而增大;③沿土层深度的PGA折减系数,对深度5 m以浅土层可取1,对深度35 m以深土层可取0.65,对中间深度土层可线性内插;④苏州深软场地土的最大剪应变幅值出现在土层深度10 m附近的窄带区域内,且中震、大震水平时,深度10～20 m的土介质处于弹塑性变形到大变形的过渡阶段,对该深度的地下结构,尤其是细长地下结构的抗震不利。对于类似苏州城区的深软场地,应充分考虑远场大地震效应的影响。

深软场地地铁地下车站结构近、远场地震反应数值分析

场地条件和地震动特性对地铁地下车站结构地震反应有重要影响,为了研究深软场地地铁地下车站结构近、远场地震反应特性,以苏州地铁一号线星海站为工程背景,基于苏州地震构造环境,建立深软地基-地铁车站结构二维非线性静动力耦合有限元分析模型,对深软场地地铁地下车站结构在近场中强震和远场强地震作用下的地震反应特性进行了数值模拟分析,得到了2种地震动作用下车站结构加速度、变形、应力反应规律和损伤特性的差异。

地震动输入界面的选取对深软场地地震效应的影响

以天津和上海两个典型的深厚软弱场地为研究背景,探讨了地震动输入界面对场地地表地震动参数的影响。对于场地1(天津)和场地2(上海),分别选择7个和8个剪切波速(vs)大小不同的土层位置作为地震动输入界面,并选用Taft、Northridge地震加速度记录和南京人工波作为输入地震动,将Taft波、Northridge波和南京人工波的加速度峰值水平调整为0.35m/s2、0.70m/s2和0.98m/s2,用SHAKE91程序对这两个场地进行了不同的地震动输入界面、输入地震波和峰值加速度水平的128种组合的场地地震反应分析。与从假想基岩面(vs500m/s)输入地震动的结果(假想的实际值)相比,可得到如下结论(1)随着地震动输入界面深度(剪切波速)的增加,场地地表加速度反应谱逐渐地向实际值接近;(2)地震动输入界面的深度相同时,地震动加速度峰值水平越高,两者的加速度反应谱谱值的相对差异也越大;(3)对于一般建筑物,可以把剪切波速为400m/s左右的土层作为地震动输入界面;对于中长周期的建筑物,则应慎重选择地震动输入界面,最好选取vs500m/s2的土层或基岩面作为地震动输入界面。

远场大地震作用下大尺度深软场地的非线性地震效应分析

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台，针对苏州城区典型地层剖面，建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型，对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比，大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著，由于土介质的横向不均匀性及其非线性，使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0．3S的高频地震波均具有显著的滤波效应；大地震远场地震波作用时，深软场地对周期0．85～1．65S的长周期地震波的放大效应非常显著，但对2．5～7．0S的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象，在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域，地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显，且大地震远场地震动作用时，20m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱β谱的谱形有显著影响；给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线，可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。

地震基岩面的选取对深厚场地地表地震动参数的影响

地震基岩面的选取对场地设计地震动参数取值的合理性有重要影响。以苏州城区的钻孔剖面为研究对象,选取剪切波速介于400~800 m/s的9个土层顶面作为地震基岩面,采用等效线性方法考虑土的非线性特性,采用一维波传法分析地震基岩面的选取对地表地震动特性的影响。结果表明：1地表峰值加速度PGA随地震基岩面剪切波速的增大而增大,PGA的增大幅度随输入地震动强度的增大而减小;2地表加速度反应谱放大系数？谱谱值也随地震基岩面土层剪切波速的增大而增大,且？谱谱值随输入地震动强度的增大而减小;对于中强地震的近场地震动作用,基岩面深度对周期小于1.0 s的？谱谱值的影响较大;而对于特大地震的远场地震动作用,基岩面深度对周期小于4.0 s的？谱谱值均有较大影响;3远场地震动作用时的？谱谱值明显大于近场地震动作用的？谱谱值;4取剪切波速不小于700m/s的土层顶面为地震基岩面较为适宜。

软弱土层的厚度及埋深对深厚软弱场地地震效应的影响

就软弱土层的埋深和厚度对深厚场地地震动的影响进行了数值分析。场地1、场地2和场地3分别选自南京、盐城和天津。场地1、场地2用于分析软弱表层土的厚度对地表地震动参数的影响:场地1的软弱表层土厚度从2m依次增加到30m,构造了18个土层剖面;场地2的软弱表层土的厚度从2m依次增加到36m,构造了21个土层剖面。场地3用于分析软弱夹层的埋深和厚度对地表地震动参数的影响:软弱夹层的埋深从2m增加到62m,构造了16个剖面;软弱夹层的厚度从2m增加到10m,构造了5个剖面。选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为0.35m/s2,0.70m/s2和0.98m/s2,利用程序SHAKE91对不同的构造剖面、不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平,共进行了507种组合的场地地震反应分析。分析表明:对于给定的输入地震动条件,当软弱表层土的厚度超过一定界限值时,地表加速度峰值及放大系数的变化已不很明显;当软弱表层土的厚度超过一定界限值时,加速度放大系数会小于1,也即软弱表层土可起到减震的作用;对于同一场地,输入地震动强度越大,此软表层厚度值越小。对于给定的输入地震动和峰值加速度水平,随着软弱夹层埋深的增加。

长江下游地区深厚软弱场地地震效应分析

以南京、盐城、常州、泰州、启东和上海的6个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。选用Taft、El Centro和Northridge地震记录作为输入地震动,将Taft、El Centro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平分别调整为0.35 m/s2、0.70 m/s2、0.98m/s2,对6个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的54种组合的地震反应分析,并得出一些有意义的规律。

深软场地大地震远场地震动反应特性分析

采用等效线性方法考虑土的动力非线性特性,利用一维波动模型分析了深软场地的地震反应特性,结果表明,与输入苏州人工地震波时的计算结果相比,大地震远场地震动作用时,深软场地的地表水平向峰值加速度明显增大,规准反应谱的特征周期值显著增大,地表设计地震动的水平地震影响系数值明显增大,且两者的差异随输入地震动峰值加速度的增大而增大;当土层剪切波速的变异性由+10%变化到-10%时,地表水平地震影响系数曲线平台值有降低的趋势,规准反应谱的特征周期略有增大,且-10%的变异性对水平地震影响系数的影响要比+10%的变异性的影响显著;土体动剪切模量比和阻尼比均有变异时对地表设计地震动参数的影响较大,且土的阻尼比由-2δ到+2δ变异时,地表水平向峰值加速度和地震影响系数平台值有减小趋势。

瑞利阻尼矩阵对深厚场地地震反应的影响分析

介绍场地时域分析基本理论和几种常见的阻尼矩阵确定方法,并基于有限差分方法,采用实际地震记录,考虑输入地震动强度和频谱特性,分别选择5种不同的瑞利阻尼矩阵形式,比较分析其对深厚场地时域动力反应的影响。结果表明:不同阻尼矩阵对加速度和反应谱均有影响,影响程度和输入地震动的频谱特性有关;当土层基频接近输入地震动卓越频率时,只根据土层基频确定阻尼矩阵是可行的,但当输入地震动卓越频率高于或远高于土层基频时,该方法会严重低估地表加速度峰值和反应谱谱值,时域分析中阻尼的确定应综合考虑土层特性和地震动频谱特性。

深厚软弱地基上相邻桩箱基础高层建筑地震反应的数值模拟

采用二维有限元整体分析法对深厚软弱地基上相邻的双幢桩箱基础高层建筑的地震反应进行了数值模拟,探讨了 SSI 效应对双幢高层建筑地震反应的影响规律;并分析了深厚软弱地基上双幢高层建筑和单幢高层建筑地震反应之间的差异。一般地,SSI 效应使深厚软弱地基上相邻的双幢高层建筑各楼层的绝对加速度反应要比单幢高层建筑的反应略小一些,但也可能使双幢高层建筑中部楼层的绝对加速度反应大于单幢高层建筑的反应。与此相反,SSI 效应一般使相邻的双幢高层建筑各楼层的相对位移反应有所增大;但也可能使双幢高层建筑各楼层的相对位移反应有所减小,两者的差异与场地条件、输入地震动特性有关。此外,还探讨了双幢高层建筑的间距对其地震反应的影响。随着间距的增大,双幢高层建筑的地震反应趋近于单幢高层建筑的反应。输人加速度峰值越大,场地土越软,相邻的双幢高层建筑的间距对其地震反应的影响越大。

深软场地上考虑土-结构相互作用的斜拉桥被动控制分析

结合某一工程,采用软土粘塑性动力本构模型,在合理模拟深软场地非线性基础上讨论土-结构动力相互作用对斜拉桥被动控制效果的影响。利用软件ABAQUS建立了深软场地-桩基-斜拉桥三维有限元模型,作为对比,建立了深软场地上不考虑土-结构动力相互作用的常规刚性地基模型,通过时程分析法计算斜拉桥地震反应。计算结果表明:深软场地上考虑土-结构动力相互作用后,斜拉桥被动控制效果下降;在刚性地基上取得良好减震效果的被动控制手段若照搬至柔性地基上,可能不仅减震效果不好,还会给桥梁结构增加内力负担。

深厚软弱地基上多层地下室-桩基-双塔高层建筑的地震反应分析

采用二维有限元整体分析法,对深厚软弱地基上带多层地下室的桩箱基础双塔和单塔高层建筑的地震反应进行了数值模拟,探讨了SSI效应对其地震反应的影响。结果表明:深厚软弱地基上双塔和单塔高层建筑的地震反应有很大差别,这种差别与场地条件和输入地震动特性有关。一般地,双塔高层建筑的楼层绝对加速度反应比单塔高层建筑的反应要小得多;但当输入加速度峰值较小时,前者的绝对加速度反应也可能比后者大;而对于楼层相对位移反应而言,除极个别的楼层外,前者相对位移反应比后者的要小,尤其是高层建筑中上部各楼层的反应。此外,双塔高层建筑塔间连体的设置位置及刚度对深厚软弱地基上双塔高层建筑的地震反应也有很大的影响。

用美国西部强震记录讨论厚覆盖土层峰值加速度的放大效应

以美国西部强震观测数据资料为基础,分别建立基岩和厚土层上的峰值加速度衰减规律,探讨厚土层对基岩峰值加速度的放大作用。结论为:平均而言,对美国西部这样的厚土层峰值加速度放大作用不大。但基岩峰值加速度越大,厚土层放大作用越小;震中距越远,厚土层放大作用越大。

基于单台强震数据软厚场地地震反应不确定性分析

选取新西兰Canterbury地区12个强震台站及2010—2012年间的台站584条记录,以浅硬场地LPCC作为参考台站,系统分析Christchurch市区软厚场地地震效应(即场地放大函数)的不确定性及地震动强度、震级、震源距及震源方位角等因素对场地放大函数不确定性的影响规律。分析结果发现:1)地震动强度水平对场地放大函数均值影响较小,仅在长周期(如大于1.0s)段趋于增大场地的放大效应;以不同地震动强度值进行分组,地震动强度大于0.6m/s2的分组场地放大函数标准差显著高于地震动强度小于0.6m/s2分组,特别是地震动强度大于1.0m/s2时场地放大函数标准差最大,反映了场地土层非线性提高场地地震效应的不确定性;2)地震震级对场地放大函数不确定性影响小,不同地震震级分组场地放大函数均值及标准差的表现基本相当;3)震源距是场地地震反应不确定性的一个重要因素,震源距小于5km时场地放大函数的标准差明显大于其它情况,即震源距越小地震反应不确定性越大;4)场地放大函数不确定性与震源方位角的选取基本无关,即选取不同的震源方位角场地放大函数标准差无明显差别。

不同输入界面土层地震反应的探讨

地震安评在Ⅱ级工作中对深厚土层地震输入界面的选取规定了三种不同的方式。选用美国Northridge、Loma prieta和我国台湾Chichi地震记录作为输入地震动,并将Northridge、Loma prieta和Chichi地震波加速度时程的峰值水平调整为0.20 m/s2,0.90 m/s2和2.20 m/s2,利用程序SHAKE91对构造的理想剖面根据不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平进行了场地地震反应分析。分析表明:对于给定的输入地震动条件,地表加速度的放大效应,在不同的输入界面,差别较大。

厚软覆盖层场地地震反应分析方法研究

遭遇地震动作用时,厚软覆盖层场地由于其剪切模量低,极易产生较大的剪应变,采用等效线性化方法进行土层反应分析计算得到的响应高频成分被低估,峰值加速度偏低,对于工程抗震设防偏于不安全。本文给出了基于移动平均线和Parzen谱窗的频率相关等效线性化方法,并和有实际强震记录的厚软场地进行了对比分析,结果表明本文方法比等效线性化方法能更有效地模拟地震波在厚软覆盖层场地中的传播规律。最后采用本文方法和等效线性化方法对天津滨海新区某一典型厚软场地进行了地震反应计算,并对计算结果进行了对比分析。

深软场地地铁狭长深基坑变形特征实测与已有统计结果的对比分析

以上海地区某深软场地地铁狭长深基坑为工程背景,对开挖引起的地表和周边建筑物沉降、地下连续墙侧移、墙顶和立柱竖向位移等的监测数据进行了详细地统计和分析,探讨了深软场地狭长深基坑变形的时空分布特征及其主要诱因。对比分析实测墙体最大侧移δ_(hm)和最大地表沉降δ_(vm)与已有统计结果和经验预测结果,结果表明深软场地狭长深基坑的变形时空效应非常明显。与已有上海地区深基坑工程实测统计得出的地表沉降预测结果相比,狭长基坑周围地表沉降曲线基本符合已有的经验预测结果,但与已有的实测统计结果相比,实测墙体最大侧移δ_(hm)和最大地表沉降δ_(vm)与开挖深度的比值平均线明显低于已有的统计结果,主要原因是针对地铁狭长深基坑特点采用的地连墙和多层内支撑的围护结构体系明显区别于一般深基坑的围护结构体系所造成的,表明该围护结构体系能够很好地控制狭长深基坑的变形发展。

厚软场地的地震动特征及设计反应谱研究

根据场地土层静、动力性能参数的原位测试和动三轴试验结果,进行厚软场地土层地震反应分析,研究厚软场地的地震动效应及地震动特性,并结合工程实例讨论了对应不同地震设防水平(50年超越概率63%、10%和3%)厚软场地的设计反应谱,分析了现行规范设计反应谱应用的局限性,成果对相关工程也有借鉴作用。