考虑倾滑断层上覆土层影响的地表位移概率地震危险性分析

地铁隧道等长线性工程结构因功能需要,不可避免地跨越活动断层,一旦断层错动将可能产生严重后果。断层错动引发的地表位移可作为近地表长线性工程结构抗断设计的输入依据。其中,覆盖土层对地表位错量的影响不可忽略。鉴于此,采用有限元数值模拟方法,基于试验校准模型,研究了基岩断层错动下上覆土层厚度和土体性质等因素对地表位移的影响,提出了考虑倾滑断层上覆土层影响的地表位移概率地震危险性分析方法。研究结果可为跨断层近地表长线性工程结构抗断设计提供支撑。

逆断层上覆土层地表破裂影响因素的数值模拟

强震发生时,震源断层错动引发上覆土体变形破裂是地面建(构)筑物破坏的重要原因。为研究和分析上覆土层地表变形与破裂特征及其影响因素,文中通过有限元数值模拟方法,综合分析断层倾角、断层错动位移量、上覆土层厚度对上覆土层地表变形与破裂的影响及其规律。结果表明:1)断层垂直位错量为上覆土层厚度的3.3%、倾角仅为30°时,发生地表破裂;断层垂直位错量为上覆土层厚度的5%、倾角为30°、45°时,发生地表破裂;断层垂直位错量为上覆土层厚度的6.6%、倾角为30°、45°、70°时,发生地表破裂;断层垂直位错量为上覆土层厚度的10%、倾角为30°、45°、70°与逼近90°时,均发生地表破裂。2)随垂直位错量的增加或上覆土层厚度与断层倾角的减小,地表等效应变逐渐变大,越容易发生地表破裂。3)随着断层倾角由30°、45°增加至70°,上、下盘地表破裂宽度比值从约3︰1增加至3︰2~1︰1。4)上覆土层的变形与破裂,首先始于断层基岩与土体交界面的土体破裂,随着位错量的增加,当断层倾角为30°、45°、70°时,地表均出现了1个初始破裂点;当断层倾角逼近90°时,地表出现了2个初始破裂点,最后上覆土层出现贯通破裂。

西纳川水库心墙坝基岩上覆土层影响下动力响应特征研究

为研究西纳川水库心墙坝地震动力响应特征与心墙设计参数、覆盖层土性影响关联性,结合工程实际采用ADINA设计了粗、细粒砂岩2种覆盖土层。研究发现,心墙厚度超过0.6m后,坝体响应特征更显著,粗粒砂岩的覆盖层坝体受地震波峰频影响较小,但其加速度响应具有突变特征,细粒砂岩动力响应稳定性更佳,更利于抗震设计。文章可为研究基岩上覆盖土层的坝体结构动力响应特征分析及心墙坝抗震设计提供参考。

地下断裂对不同土质上覆土层的工程影响

采用土工离心模拟技术研究4种不同土质的上覆土层在地下断裂时的性状反应,分别模拟基岩垂直位错与水平位错两种基岩断裂形式,其最大模拟位错量分别达4.5,3.0m,由此获得以下试验结果:(1)当基岩断裂位错时,张性的正断错位比水平错位对上部土层的开裂影响要大;(2)上部覆盖为单一的软–中等强度的土层比粗细相间沉积的土层影响要大;(3)当断裂位错1～3m时,土层开始出现裂缝,其破裂高度均在20m以内;当断裂位错增大到4.5m时,土层破裂向上发展,但均在30m以内。本文的分析与结论对于场地断裂工程抗震评价及有关规范的修订具有参考价值和指导意义。

数值模拟软夹层对基岩上覆土层破裂的影响

为了了解软夹层对基岩上覆土层破裂的影响,确定土层的破裂范围,采用平面应变有限元法,模拟了有软夹层的上覆土层在断层错动时的破裂过程．从模拟的结果看出,软夹层对上覆土层破裂有一定的阻碍作用;当软弱层埋置较深时,一旦上覆土层破裂,失效土体的范围较大;软弱夹层的厚薄对上覆土层的破裂进程和破裂范围也有影响．

承压水降压引起的上覆土层沉降分析

如何评估承压水降压引起的地面沉降是工程界十分关心的问题。深基坑开挖前及过程中,所进行的降压导致深层承压水头下降,使地层应力重新分布产生地面沉降。针对顶板完全隔水的承压水层,运用完整井理论提出了反映承压水降压作用的附加分布力公式,在Mindlin解的基础上,推导出了承压水降压附加分布力作用下的地面沉降公式。讨论了上覆土层厚度、上覆土层弹性模量、承压水水头降深和承压层导水系数对沉降的影响。工程实例表明,根据本文方法得到的承压水降压引起的地面沉降较小,与工程基坑开挖后的实际表现一致。

断层上覆土层破裂对埋地管道的影响

利用ANSYS程序建立的三维管土非线性有限元模型,计算分析了断层基岩上覆土层的变形破裂形式、土层厚度及土层土质的硬度对埋地管道的影响.结果表明,埋地管线发生大变形及失效的位置由上覆土层的破裂形式决定,穿越土层发生塑性变形及破裂区域的管段是管道发生塑性变形的管段.当断层倾角发生接近于90°的错动时,随上覆土层破裂的发展,埋地管道产生两处塑性变形区段.上覆土层越厚,埋地管道发生塑性变形的长度越长,变形值减小.埋在土质较硬土层中的管道发生塑性变形的管段长度短,极限应变值大.

有软夹层的基岩上覆土层在断层错动时的破裂特征研究

采用平面应变有限元法,研究了地震断层错动时有软夹层的基岩上覆土层的破裂特征.结果表明,软夹层使上覆土层破裂分为两个阶段.软夹层埋置深浅的不同使上覆土层的破裂过程和破裂范围表现出一定的差异.埋置较深的软夹层使地表产生较大的破坏.软夹层的厚薄对上覆土层的破裂进程和破裂范围也有影响.

发震断裂上覆土层破坏机制及破裂扩展规律的试验研究

通过模型试验研究了发震断裂上覆土层破坏机制及破裂扩展规律。覆盖层的破裂有两种不同的机制 ,即张裂和剪裂。剪裂缝的扩展是跳跃式的 ,土层的破裂是一个具有间歇性的过程。

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明:节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好;随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素;上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。

有硬夹层的上覆土层破裂过程的数值模拟

对大量的震害资料调查研究发现,发震断层上覆土层中含有软硬土层时,对整个上覆土层的破裂过程及最终破坏状态有一定的影响.本文在研究发震断层上覆土层中含有软夹层的基础上,采用平面应变有限元法模拟了发震断层错动时,含有硬夹层的上覆土层的破裂过程.对其破裂过程及破裂状态进行了分析,并将其与以往的研究成果对比,可以看出硬夹层的存在对上覆土层的破裂过程和最终破裂状态影响较小,与有软夹层的情况相比,当硬夹层的厚度小于、等于5 m时,可以忽略上覆土层中硬夹层的存在.

上覆土层开挖对地铁隧道的影响分析与研究

以西安太华路立交改造工程上跨地铁四号线区间为例,通过工程类比、现场试验、理论计算及数值模拟等几种分析方法研究上覆土层开挖对地铁隧道所造成的影响。通过分析得出上覆土层开挖工况下地铁区间隧道的受力及变形状态,提出对应的工程措施减轻土体开挖对地铁隧道的影响,判断地铁结构的安全性和可靠性,为类似工程建设提供相关参考。主要得出以下结论:土层开挖卸载所引起盾构隧道变形主要为基底回弹上浮变形;土层开挖后隧道的抗浮问题需重点关注;几种分析方法所得到的结果有一定出入,但是大的变形趋势可以达到相互验证的目的;分层开挖对控制隧道变形具有重要的作用。

机场基岩上覆土层地基处治研究

为研究机场基岩上覆土层地基垫层强夯法、强夯置换墩法处治工艺,以某地级市机场新建工程为依托,通过标准贯入试验、固体体积率检测、压实度检测等对处治前后地基进行对比分析。结果显示,强夯后土层强度提升幅度为0.8~2.0,且较深处土层强度增幅较大;基岩上覆土层在经过4000 kN·m强夯处治后,干密度和黏聚力均有所提高、含水率减小且固体体积率可达到81%以上的设计要求,但8000 kN·m夯击能对基岩上覆土层的处治效果不好;强夯置换墩法处治后土层强度明显增大,提升幅度为0.7~2.0倍,固体体积率达到82%;建议基岩上覆土层厚度在2 m以内的直接采用换填处治,厚度小于6 m的采用垫层强夯法处治。

走滑断层地震上覆土层厚度因素地表变形特征分布

根据统计,对于工程建设而言,基岩上覆土层厚度是确定其安全距离的重要指标,本文旨在通过对走滑断层地震不同上覆土层厚度进行模拟,主要针对高填方机场工程,分析其地表变形特征分布并总结规律,为相关工程的开展提供参考。

上覆土层对可液化场地地震响应的影响研究

为研究上覆土层厚度及土性对地震作用下的可液化场地响应的影响,构造若干类典型可液化场地剖面,将水平成层场地置于基岩上,选取Carbondale波并利用D-mod 2000进行场地非线性动力分析。经计算,随着上覆土层厚度的增加,地表峰值加速度减小;随着上覆土层塑性指数的增大,地表峰值加速度增大;可液化场地对输入地震波具有缩小效应。

上覆软土层对海上风电四筒基础承载特性影响

为研究上覆软土层对海上风机宽浅式四筒基础承载特性的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了宽浅式四筒基础模型,选取砂土和上覆不同厚度软土层为地基,对基础单向荷载作用下的承载能力、基础破坏特征和竖向荷载、水平荷载及弯矩作用下的筒侧土压力进行了研究。研究发现:单向荷载作用下海上风机宽浅式四筒基础承载力随上覆软土层厚度增加而线性降低。软土层使土体塑性破坏区域范围缩小且下移,但对转动中心位置无影响。上覆软土层使竖向荷载作用下筒顶土压力更加均匀,水平荷载和弯矩作用下筒侧面被动土压力在承载中具有重要作用,但随上覆软土层厚度增加而降低。

垂直顶升施工上覆土层破坏形态的颗粒流模拟

上覆土层破坏形态合理理解与认识,对于垂直顶升法应用具有重要的意义。借助颗粒流程序二次开发,模拟管道垂直顶升施工过程,揭示垂直顶升过程上覆土层的破坏机理、范围及发展路径,与室内试验结果对比分析,研究上覆土深度对土层破坏的影响。分析结果表明:管道上覆土层剪切破坏面具有非线性特征,满足三次函数分布,既有成果假定破坏面沿特定倾角线性分布不足;上覆土顶部破坏范围2.97 D,显著大于经验取值范围(1.2~1.5)D,说明现有研究破坏范围取值不准确;垂直顶升施工上覆土经历挤压剪切→破坏开裂→裂隙延伸→破坏面贯通→裂隙扩展→形成上覆土柱→土层重分布→填充裂隙的过程;不同上覆土层深度对应的破坏特性相近,且随土层深度的增大,顶部破坏范围呈二次函数增大。

覆盖型岩溶地区土层疏松带的工程评价与治理

在覆盖型岩溶地区,由于地表水或地下水的潜蚀作用,上覆土层原有结构与整体性受到破坏,形成了土层疏松带。土层疏松带反映了岩溶的发育程度以及覆盖型岩溶地区建筑物的地基稳定性,并且也为场地稳定性评价和地基处理提供了资料和依据。在山东省的泰安地区,有许多房屋、烟囱等建筑物都因土层疏松带引起的地表沉陷而倾斜、开裂,甚至倒塌,津浦铁路和辛泰铁路泰安段路基也曾因塌陷病害而严重影响行车。因此,对覆盖型岩溶地区土层疏松带的工程评价与治理具有一定的意义。

上覆粗粒土层对堤基管涌破坏的细观机制研究

为了系统研究上覆粗粒土层对堤基管涌破坏的微观机制,采用PFC3D并结合"休止角标定法"对模型进行标定,快速、准确地建立了材料宏观参数与颗粒细观参数间联系,有效地模拟了粗粒土渗透变形的发展过程,获得了渗透变形的微观参数和运移规律。结果表明:上覆粗粒土层中细料含量为10%、20%时,在水压力作用下细颗粒在骨架颗粒间运动并发生流失,表现为管涌型破坏,且上覆粗粒土层中细料含量越少,细砂层越易破坏;当细料含量为30%时,管涌口附近土体发生流土型破坏,而后上覆粗粒土骨架颗粒与细砂层颗粒同步流失并逐步向上游发展,表现为管涌型破坏,整体颗粒流失呈现为过渡性渗透破坏;上覆粗粒土层为管涌型土时,上覆粗粒土骨架颗粒在水头压力作用下会发生快速沉降,上覆粗粒土层为过渡性土时,上覆粗粒土层初始没有发生下沉,在上覆土层发生流土破坏后,才逐渐开始下沉,且上覆粗粒土的沉降量随着上覆粗粒土骨架颗粒中细料含量的减少而增加。本研究在方法上可为三维颗粒流数值模拟中细观参数的标定提供一定参考,并揭示了上覆土层细颗粒含量对渗透变形的影响及颗粒微观运移规律。

断层上覆土体破裂的离心试验模型参数设计及应用

强震发震断层引起的上覆土层变形及地表破裂是工程场地评价中备受关注的问题之一。本文基于土工离心模型试验,通过自行设计的模型试验参数和自行研制的断层错动模拟装置,在100g离心加速度下成功地模拟了逆断层的错动过程,研究了基岩面以上厚度约为40 m、含水量为6%的砂土地表变形演化过程和内部变形特征。试验研究表明,在地表开始产生隆起变形之前有较短暂的整体抬升阶段;土体内部先后产生两条破裂面,向上扩展的同时均向下盘方向弯曲,最终贯通地表的为后产生的第二条破裂面,且第二条破裂面始于底部偏上盘一侧。此外,结合线激光位移传感器获取的高精数据,分析给出地表变形演化规律,地表开始隆起时所需的临界位错量,地表变形影响区域和地表陡坎平移规律。上述研究成果为进一步认识逆断层错动下较厚土层的变形规律提供参考。