既有深坑边坡、结构共同作用的动力响应研究

城市周边废弃矿坑逐渐被利用起来以建设大型公共服务项目,建筑群以边坡作为基础将引起新的技术难题。采用大型振动台试验对地震作用下既有深坑边坡、单跨和多跨框架结构的动位移及结构动内力进行了研究。研究结果表明:地震波类型、幅值和激振方向对模型动力响应均有影响,不同地震波对模型动位移和内力的影响存在差异,动位移随激振幅值的增加而增加,双向激振比单向激振引起的动位移大,与激振同方向的位移较其他方向大;单跨和多跨结构控制位移的能力在高强度地震激振下才有差异,后者比前者控制位移的能力强,但柱子内力较前者大;由于结构与地基的共同作用,整体性好、刚度大的结构可提高地基的抗震性能,多跨结构地基较自由场动峰值位移小2.5%~8.8%,永久位移小13.6%~62.1%。试验结果有助于揭示深坑边坡在地震作用下的失稳机制,为深坑边坡及构筑物的抗震设计提供有益的参考。

佛顶宫矿坑边坡的二维静动力有限元模拟分析研究

对国内首个既有矿坑地下空间开发项目的佛顶宫边坡进行了二维有限元研究,对静力工况和地震工况分别进行了模拟,得到一些结果:静力和地震工况下,削坡及锚索(杆)加固后,最大位移均发生在坡顶、坡面为填土、残积土和强风化岩处;最大应力均发生在坡内,最大剪应力发生在各坡脚和岩土交界面处;加速度响应随着边坡高度方向呈放大趋势,表层土体加速度响应明显放大,最大加速度响应均发生在坡顶边缘处;极限状态下,广义塑性应变区集中在坡顶杂填土层、坡面破碎状中风化岩以及岩土交界面处,并有向坡脚处贯通的趋势。静力工况下,锚索(杆)加固工况相对于削坡工况,边坡位移减小6%~67%,安全系数提高51%~114%,说明锚索(杆)加固效果显著。地震工况下,位移随地震峰值显著增大,大震相对小震位移最大增大260.0%。相对于静力加固工况,地震工况下主应力最大增大145.8%,剪应力最大增大362.5%;不同地震工况对边坡稳定性影响显著不同,大震工况下安全系数最大减小38.3%。锚索(杆)加固效果及地震对边坡加速度、位移、应力、安全系数的影响可供其他类似工程参考。

佛顶宫矿坑边坡三维静动力有限元模拟分析研究

对国内首个既有矿坑地下空间开发项目的佛顶宫边坡进行了三维有限元研究,分别对静力和地震这两种工况进行了模拟。结果表明：削坡或锚索（杆）加固后,最大位移均发生在坡顶、坡面填土、残积土和强风化岩处;最大应力均发生在坡内,最大剪应力发生在各坡脚和岩土交界面处;加速度响应随着边坡高度方向呈放大趋势,表层土体加速度响应明显放大;极限状态下,广义塑性应变区集中在坡顶、坡面处。静力工况下,锚索（杆）加固工况相对于无支护工况,边坡最大位移减小11.9%-28.4%,最大应力减小5.6%-67.1%,安全系数提高了34.5%,说明锚索（杆）加固效果显著。地震相对静力支护工况,最大位移增大3.03-19.73倍,主应力增大6.5%-146.7%,最大剪应力增大168.4%-474.6%,安全系数减小0.6%-23.1%。大震相对于小震支护工况下,坡面加速度峰值及放大倍数分别增大15.04-27.00倍、1.44-1.93倍。对矿坑南北、东西方向施加地震计算的结果显示：前者动位移、动应力均较后者大,安全系数较后者小,说明矿坑长轴方向施加地震较短轴方向不利。

佛顶宫矿坑边坡加固计算方法研究

对国内首个既有深坑开发的南京牛首山佛顶宫矿坑,采用了极限平衡法和有限元强度折减法等多种方法,计算了矿坑边坡在削坡及锚索(杆)加固条件下,天然、暴雨、地震三种工况下的稳定系数,对计算结果进行了比较。计算结果显示:边坡滑裂面的位置在填土层、强风化岩层内部、或岩土交界面处;大部分边坡削坡后稳定系数数均小于1,存在滑动的风险;锚索(杆)加固后,边坡在各种工况下的稳定系数均能满足设计要求;非严格条分的简化Bishop法与严格条分法计算结果仅相差-2%~3%,计算结果与严格条分法同样可靠;有限元强度折减法与简化Bishop法的计算结果相差-19.1%~5.6%,且大部分结果较简化Bishop法小,在边坡设计中应采用该法校核极限平衡法的计算结果,以确保工程的安全。

既有圆形深坑边坡、结构共同作用大型振动台试验研究

城市周边废弃矿坑逐渐被利用起来用以建设大型公共服务项目,建筑群以边坡作为基础引发了新的技术难题。采用大型振动台试验对地震作用下既有深坑边坡、单跨和多跨框架结构的动力特征、响应规律和共同作用进行研究。试验结果表明:随激振次数和幅度的增加,边坡的自振频率趋于减小,阻尼比趋于增大;结构模型在整个激振过程中均处于弹性阶段,自振频率略有减小,阻尼比略有增大。边坡的动力响应随着坡体位置的升高而增大;边坡材料具有非线性特征,边坡动力放大效应随着振幅的增加而减小;模型的动力响应均与激励波的类型和方向有关,低频波较高频波对边坡引起的动力响应大,与激振同向的动力响应较其他方向大。以边坡为基础的结构动力响应随基础位置的升高而增大;由于连梁的影响,多跨结构的坡中结构动力响应较坡顶与坡底结构大。结构顶的动力响应由基础及上部结构耦合而成,因而始终大于底板。底板的动力响应因上部结构的动力反作用而始终大于周边地基。边坡、结构存在着共同作用,整体稳定性较好、刚度较大的多跨结构可以提高地基的抗震性能,地基动力响应应减弱10.4%~24.3%;而整体稳定性较差、刚度较小的单跨结构会降低地基的抗震性能,地基动力响应放大12.3%~51.1%。研究结果可为既有深坑地下空间开发利用的岩土工程设计提供指导作用。