地震作用下地裂缝场地土体的损伤量化分析

为研究地震作用下地裂缝场地的破坏特征和损伤变化规律,以西安f4地裂缝场地为背景,进行振动台模型试验。基于希尔伯特边际谱理论,通过土体内部实测数据对地裂缝场地损伤过程进行分析。结果表明:(1)地震作用下,地裂缝场地上、下盘土体变形不一致导致主裂缝两侧产生张拉应力,使得主裂缝不断开裂、扩展,破裂面为锯齿状,且上盘区域产生的次生裂缝更多;(2)损伤指数的发展规律与试验现象较为吻合,说明此损伤量化方法适用于评价地裂缝场地在地震作用下的损伤特征;(3)地表各测点的损伤指数和峰值加速度分布规律表现出较高的一致性,均在靠近地裂缝处达到最大,随着与地裂缝距离的增大而递减,表现出“上、下盘效应”,土体的损伤状况与输入峰值加速度、土层类别等因素有关。

地震作用下地裂缝场地地表加速度响应的振动台试验研究

本文以西安地铁二号线穿越F6和F6'段地裂缝场地为原型,对水平地震作用下地裂缝场地地表加速度响应规律开展1∶15的振动台模型试验研究。试验时分别施加7种不同峰值加速度的El Centro波和Taft波激励,实测地裂缝场地表面6个测点的响应加速度值。试验结果表明:在El Centro波激励下,地裂缝场地地表响应加速度放大系数均大于1.0,但随着激励峰值加速度增大,放大系数以激励峰值加速度300gal为界呈"z"字形骤降;Taft波激励下,地裂缝场地表面响应加速度放大系数均大于1.0,但随着激励峰值加速度增大,放大系数以激励峰值加速度200gal为界呈两段折线形减小且渐趋平缓。在El Centro波和Taft波激励下,地裂缝场地表面的响应加速度放大系数均随着激励峰值加速度的增加而减小,但减小速率和变化形态因激励地震波不同而有差异。工程实践中,建议避免将工程结构布设于"y"形地裂缝间的楔形体中,或者采取切实有效的抗震或减震措施。

西安地裂缝场地地震效应分析

地裂缝是由内、外营力以及人类活动等因素的作用引致发生的一种地面破坏现象。在这种不良的地质条件下,必然会对场地的地震响应带来一定程度的影响。针对地裂缝场地地震效应研究和工程评价的不足,采用有限元法研究了地震荷载作用下,地裂缝对场地地震动效应的影响问题。分析得出了地裂缝对场地地表水平峰值加速度及反应谱的影响特征和影响范围,为地裂缝场地工程结构的抗震设防和地裂缝灾害避让提供了新的参考。

地震作用下地裂缝场地的动力响应研究

地裂缝对建筑结构的破坏是巨大的.随着西安地裂缝活动已趋于稳定和城市发展的需要,对地裂缝场地的利用提出了新的要求.针对地裂缝场地地震效应研究的不足,采用有限元法对西安某地裂缝场地进行模拟分析,研究了地震作用下输入地震动的强度、峰值位移及峰值加速度等因素对地裂缝场地地表峰值加速度的影响,定量地分析了地裂缝场地放大效应及上下盘作用效应,找出了地裂缝场地的动力响应规律,为地裂缝场地工程结构的抗震设防提供了依据.

地震作用下地裂缝场地地震动参数试验研究

为研究地裂缝场地地表动力响应规律,以西安f_4地裂缝场地为工程背景,采用剪切型模型箱,进行振动台模型试验。分析了地裂缝场地在地震作用下的破坏特征和动力响应,得到了地表地震动参数变化规律。试验结果表明:地震作用下,地裂缝场地的主裂缝在地表开裂、扩展,并在裂缝区产生与其45°相交的次生裂缝,次生裂缝的数量随着地震强度增大而增多;地表地震动参数峰值均表现出上、下盘效应,均在上盘裂缝处最大,逐渐向两侧递减;随着输入地震强度增大,地表加速度及Arias强度放大系数逐渐减小;上盘加速度变化频率较快,且上、下盘两侧加速度峰值存在相位差,但两侧位移及速度时程波形基本一致。该研究成果可为跨地裂缝结构抗震设计提供重要参考。

大同市地裂缝场地破坏强度分带与建筑物安全距离的确定

大同市地裂缝已经给该市造成了严重灾害，由于地裂缝具有构造性质，因此对建筑物的破坏具有不可抗拒性，如何有效地利用宝贵的土地资源，又能防止和减轻地裂缝灾害，最有效的方法是采取避让一定的距离，即所谓的安全距离，本文根据多年来在大同市地裂缝研究中的实际资料，探讨使用综合方法对地裂缝场地破坏强度分带与建筑物安全距离确定，为大同市地裂缝场地的合理使用提供科学依据。

地震作用下地裂缝场地地表动力响应特性研究

为了准确描述地裂缝场地动力特征,利用ABAQUS有限元软件建立了地裂缝场地三维动力数值分析模型,定量分析了地裂缝场峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、Housner强度(HI)和Arias强度(I_(a))在不同地震作用下的变化趋势,获得了地裂缝场地动力响应规律,并与振动台模型试验结果进行了对比,表现出较好的一致性。结果表明:上盘的动力响应放大系数及影响范围均比下盘大,在地裂缝附近达到最大并向两侧递减,呈“λ”分布;随着地震烈度增大,土体软化程度增强,动力响应放大系数和裂缝两侧放大系数的差值逐渐减小;场地下盘的地震动长周期分量较丰富,平均周期相对上盘表现出较大的特性;在同一地震烈度不同输入方向引起的上、下盘动力响应中,垂直地裂缝方向作用的地震波对场地破坏较为严重。其研究结果可为地裂缝场地的工程应用提供重要参考。

西安地裂缝场地地铁隧道盾构法施工沉降分析

以往西安地裂缝场地地铁隧道均采用暗挖法通过,面临施工周期长、费用高等问题,考虑到当前及未来西安地裂缝活动减缓或基本不活动趋势,盾构法便提上日程。以西安地铁8号线盾构法穿越地裂缝场地为工程背景,基于有限元数值计算,分析盾构施工引起的地表沉降、结构变形规律及影响范围,并与地裂缝场地传统CRD工法、天然场地盾构工法掘进对比。结果表明:无地裂缝场地,地表、隧道结构变形与拱顶围岩接触压力基本平稳;而地裂缝场地,盾构法引起的地表变形随施工进尺呈现出反"S"形曲线,相对于传统CRD工法纵向地表沉降影响范围和最大沉降量分别减小21.1%和31%,横向地表沉降与影响范围分别减小38%和24%,拱顶最大沉降量降低22.8%;盾构工法与CRD工法均导致拱顶围岩接触压力下盘增大、上盘减小,但盾构法掘进对地裂缝影响区范围减小约29.3%。与CRD工法相比,盾构法使隧道结构整体受力体系更平稳,对土体产生扰动变形较小,对于活动性较弱或不活动的地裂缝,可以采用盾构工法穿越。

地裂缝场地地铁隧道施工CRD工法优化研究

以西安地铁6号线区间隧道浅埋暗挖施工穿越地裂缝场地为研究工程背景,考虑地裂缝场地的特殊性构建了基于传统CRD工法的施工优化工法,并对传统CRD工法和优化CRD工法施工开挖过程进行了三维动态的有限元数值模拟,结合现场监测试验数据,对比分析了两种工法下地裂缝场地地表沉降变形规律和地铁隧道受力变形特征。结果表明:两种CRD工法下地表沉降变形均呈反S型,大致可分为开挖前微小变形、开挖时急剧下沉变形及开挖后平稳变形等3个阶段;与掌子面距离越近,地面沉降速率越大;与传统CRD工法相比,优化CRD工法通过适当增加锁脚、锁腰锚杆数量,提高初支喷混强度,达到简化临时支护、扩大下台阶施工面、方便临时支护施作拆除和提升初支闭合、临时中隔壁拆除速度的目的,整体施工速度提升1.37倍,地表最大沉降量降低52.96%,影响范围减少22.17%,隧道拱顶最大沉降量降低54.53%;优化CRD工法具有施工速度快、影响范围小以及地表与结构沉降控制好等优点,不仅可以提高工程效益,而且可以保障施工安全性和隧道建成使用的可靠性。研究结果可为西安市及其他地裂缝发育区地裂缝场地地铁隧道暗挖施工提供科学参考和借鉴。

河北平原典型地裂缝场地动力响应特征研究

河北平原地裂缝分布广泛、致灾严重,给当地工程建设和人民生活造成了严重影响。目前对于河北平原地裂缝的研究主要是发育特征、成因机理以及分布等方面,对该区域场地动力特性的研究不足。为讨论河北平原地裂缝对场地动力响应的影响,分别选取该地区具有代表性的地裂缝(高丽营地裂缝和隆尧地裂缝(构造成因)、大名地裂缝(古河道成因)、唐山地裂缝(地震成因))进行野外地脉动测试,并通过傅里叶谱分析、反应谱分析和Arias烈度分析,揭示了不同类型地裂缝场地的动力响应特征。结果表明,地裂缝对场地卓越频率和卓越周期的影响较小,但对场地动力响应强度的影响较大。在地裂缝附近区域具有放大效应,上盘放大倍数达到2.2~2.7,下盘放大倍数达到1.7~2.4,并随着与地裂缝距离的增大逐渐衰减,一定距离后趋于平稳,且活动性更强的上盘的放大效应更明显。不同类型地裂缝对场地动力响应的影响趋势基本一致,但影响范围不同:构造地裂缝场地的放大效应影响范围最大,约24 m,地震地裂缝次之,约22 m,古河道地裂缝最小,约20 m。综合考虑河北平原地裂缝对场地影响范围:上盘约24 m,下盘约20 m。场地放大效应及其影响范围可以为河北平原地裂缝场地工程结构的合理抗震设防提供依据。

地裂缝场地地震破坏特征及力学响应研究

为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响应的影响规律。研究结果表明:地震作用下,上盘土体的地震响应比下盘更大,裂缝出现时间更早,破坏更严重;随着地震强度的增大,土体损伤加剧,刚度大幅退化,两盘土体的动力特性趋于一致,动力响应的“上下盘效应”也不再显著;加速度放大系数由土体底部到顶部逐渐增大,表现出明显的放大效应,但不同土层、不同地震波的放大程度不尽相同;地裂缝场地构造特征会影响地震波在土体介质中的传播方式,改变场地的振动特性。

地裂缝场地建筑结构动力响应特征及抗震设防研究

为研究地震作用下地裂缝场地建筑结构的动力响应特征,以西安地裂缝场地为研究背景,分别考虑独立基础、片筏基础、桩基础和桩筏基础上的框架结构,对结构峰值加速度、层间位移等动力响应特征及其影响因素和影响规律进行系统研究。研究结果表明:(1)地裂缝附近场地上的结构加速度响应和层间位移响应具有明显的放大效应,动力响应峰值随着距地裂缝距离的增大逐渐减小,最终趋于稳定,放大效应的影响范围约为24 m,此范围内的结构需提高抗震设防水平;(2)结构的峰值加速度随层高的增大而增大,整体呈现出“S”形,层间位移角随层高的增大先增大后减小,二者均表现出明显的“上盘效应”,即上盘结构响应强于下盘,且随着输入地震动强度的增大,上、下盘结构动力响应差异进一步扩大,上盘效应愈发显著;(3)片筏基础、桩基础和桩筏基础结构的加速度响应接近,而独立基础结构的加速度与前三者差异明显,但随着楼层的增大,基础形式对结构层间位移角的影响逐渐减弱;(4)上、下盘结构的峰值加速度、峰值位移大小及峰值出现的时间等存在一定差异,这是由于地震波经过地裂缝时发生复杂的反射和折射,结构受到非一致性激励造成的。

西安f_(4)地裂缝场地土体本构模型与应用

为寻求较合适的地裂缝场地土体动力本构关系模型,以便准确研究普通场地和地裂缝场地在不同土层分布情况下的动力响应规律,以西安f_(4)地裂缝场地为背景,设计完成地裂缝场地土体振动台试验。同时,以二次开发所得的等效线性化模型、边界面模型和ABAQUS自有的摩尔-库伦模型为对象,分别建立数值分析模型,并将计算结果与试验结果进行对比。最后,以边界面模型为材料本构,进行6种工况的地裂缝场地与普通场地的ABAQUS数值分析,找到不同土层分布地裂缝场地对土体动力响应的影响规律。结果表明:在高地震强度下,土体发生较大塑性变形,边界面模型是较合适的地裂缝场地土体动力本构模型。普通场地和地裂缝场地均对地震波有放大效应,但不同的土层分布形式的场地放大效果不同;地裂缝场地均表现出加速度放大效应和形似“八”的上下盘效应,其上盘影响最大值为11 m,下盘的最大值为9 m。该研究成果为地裂缝环境工程结构的抗震设计及工程应用提供参考。

西安典型地裂缝场地地脉动测试及地震响应特征分析

西安地裂缝广泛发育,严重的制约了城市的建设和规划。地裂缝的存在使得建筑场地在地震作用下表现出不同的地震响应特征,因此,研究西安地裂缝场地地震响应特征对地裂缝场地的建筑抗震设防具有重要意义。以西安地区典型地裂缝为研究对象,通过野外调查获得了西安地裂缝场地特征;在此基础上选取典型地裂缝场地,通过地脉动现场测试方法,获取了地裂缝场地卓越频率这一反映地层动力特性的重要参数,通过不同测点傅里叶谱分析得出了场地动力响应规律抗震设防距离。研究表明:西安地裂缝场地的卓越频率在2.79~3.16 Hz,平均卓越频率为2.96 Hz;地裂缝处场地地震响应明显,随着距地裂缝距离的增加场地地震响应逐渐减小,影响范围为15 m左右;地裂缝场地地震响应放大倍数上盘大于下盘,表现出“上盘效应”,放大倍数在1.64~2.38。研究结果对西安地裂缝场地工程抗震设防具有重要意义。

地裂缝场地施工降水对地表沉降和地层应力的影响研究

地裂缝是西安市典型的城市地质灾害,地下水位的变化是诱发地裂缝活动的重要因素。以西安地铁六号线暗挖段施工降水为研究背景,基于有限元数值模拟计算,分析了地裂缝场地施工降水引起的地表沉降规律和地层应力变化特征。计算结果表明:当地下水位下降时,地表沉降量上盘大于下盘,地裂缝带两侧地表存在差异沉降的现象,最大差异沉降量与地下水位下降深度近似呈直线关系;不同位置处地表的横向沉降呈现出"Z"形的变化特征,差异沉降区随地裂缝位置的变动而变化,且差异沉降量与横向地表位置近似呈二次函数曲线关系;地层竖向应力随着地下水位下降而增大,地裂缝位置处地层应力存在突变现象,上下盘应力影响区与地层深度近似呈三次函数曲线关系;基于分层总和法计算了地下水位下降时地表沉降量的解析解,并与数值模拟结果进行对比,发现两种方法计算结果基本一致,得到了计算地表最大沉降量的经验公式。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道及其他地下工程安全施工提供科学指导。

地裂缝场地隧道暗挖地表沉降影响因素分析

以西安地铁6号线区间隧道穿越f8地裂缝为工程背景,对传统交叉中隔墙(cross diaphragm,CRD)工法隧道开挖施工穿越地裂缝场地全过程进行了三维有限元动态数值模拟,分析了开挖方向、隧道埋深、隧道洞径以及隧道穿越地裂缝的角度4个因素对暗挖隧道穿越地裂缝场地施工地表沉降的影响。结果表明:地表沉降曲线随开挖进尺均呈反S形变化规律,大致分为初始小变形、急剧变形和稳定变形等三个阶段;地裂缝场地暗挖施工以下盘到上盘的开挖方向更有利于控制地表沉降,地表沉降量与隧道穿越地裂缝的角度呈负相关,与隧道埋深和洞径呈正相关;地表沉降横向影响范围不受开挖方向及穿越角度的影响,但随埋深和洞径的增大而增大;隧道穿越地裂缝场地在选择施工方案时,以大角度→浅埋深→小洞径→下盘至上盘开挖为优先考虑顺序。研究结果可为地裂缝发育地区隧道及地下工程设计与施工提供科学依据。

地震动参数对地裂缝场地动力响应的影响规律研究

为系统地研究地震动参数对地裂缝场地土体动力响应的影响规律,探究动力放大系数在地裂缝场地土体内部的分布规律,以西安地裂缝为研究对象,开展了地裂缝场地土体振动台物理模型试验和数值模拟分析。研究结果表明:加速度和Arias强度放大系数从模型土底部到顶部逐渐增大,地表放大系数远大于土体底部的;在单向或者多向地震作用下,地裂缝场地上、下盘有不同的动力响应规律,表现出上下盘效应和非一致性,上盘的动力响应更剧烈,影响范围更大;随着地震动强度的增大,上、下盘的动力放大效应均呈减弱趋势,同时上、下两盘的数值差异逐渐减小,上下盘效应也不再显著;地震波输入方向、频谱特性以及强震持时均对地裂缝场地的动力响应有很大影响,但影响规律和程度不尽相同。

基于地裂缝场地土体边界有限元对比分析

为找寻适合地裂缝场地的有限元人工边界,分别采用粘弹性边界、粘性边界及静力边界模拟了地裂缝场地土体,并与试验对应测点进行对比验证。粘弹性人工边界条件下,有限元模型测点的加速度时程曲线在峰值、峰值出现时刻及反应波形与试验测点较一致。加速度傅里叶谱在曲线形式、幅值大小及主频分布区域方面与试验测点也较一致。采用粘弹性边界的有限元模型能够在一定程度上表现地裂缝场地土的动力特性,为后续的地裂缝场地数值模拟分析提供参考。

西安地裂缝场地土壤氡勘察及工程防治探讨

本文通过对西安地裂缝场地土壤氡浓度的测试,分析了地裂缝及两侧土壤氢浓度的分布特征,为建筑场地土壤氡浓度勘察提供了针对性的工作方法;同时结合相关规范为绿色建筑与建筑场地工程氡防治提出了措施。

水位上升对地裂缝场地地铁隧道影响的数值模拟

基于FLAC3D有限差分软件建立了包括地裂缝和地铁隧道的数值模拟模型,分析了从下向上、从左向右和从右向左三种渗流方式使地下水位上升不同的高度对地裂缝场地地铁隧道的影响。发现随着地下水位的上升,地表回弹量不断增大,在地裂缝和地铁隧道对应的地表附近存在回弹位移减小区,相比于其他两种渗流方式,从下向上渗流引起的地表位移值最大;隧道衬砌内力受渗流方式及水位上升区间的影响而变化,10 m处为转折点;隧道衬砌水平位移增量呈线性不断增长,竖向位移增量呈先增大后减小的趋势,从左向右渗流方式对隧道衬砌水平位移的影响最大。