隧道–土体–地表结构相互作用体系地震响应影响因素分析

为探讨地下结构近距离穿越地表结构时二者之间地震响应的相互影响规律,建立隧道–土体–地表框架结构相互作用体系计算模型,系统研究对该体系地震响应影响显著的参数,具体包括:隧道的直径和埋深、土体的分层特性、框架结构的高宽比及其与隧道圆心的间距、输入地震波特性等。计算分析表明:(1)隧道对体系自振特性影响并不显著,但地表框架结构则显著改变了体系的频率特征;(2)隧道对地表框架结构地震响应的影响主要与隧道的半径相关,较大的隧道半径可阻隔地震波的传播,从而起到一定的减震功能;(3)由于考虑的框架结构质量相对较轻,地表框架结构对隧道地震响应的影响不显著;(4)由于地震波频谱成分及结构自身频率的影响,不同地震波对体系地震响应的影响十分显著;(5)土的分层特性改变了土体的刚度,因而也影响了体系的地震响应。研究成果可为初步定性确定地下结构与临近地表结构地震响应的相互影响提供参考。

隧道-土-地表建筑相互作用体系下的地表建筑隔震研究

伴随着我国城市化的快速发展,城市地下空间大量开发,而地震作用下地铁隧道与邻近地表建筑之间的存在的相互作用加剧了体系地震响应,不利于结构抗震。通过有限元软件ABAQUS,构建起隧道-土-地表建筑相互作用的三维计算模型,通过分析地表建筑物及隧道的加速度、位移及应力反应,探究在地表建筑基础顶面与上部结构之间施加隔震层后对地表建筑的减震效果及对邻近隧道的地震响应影响。结果表明:(1)通过在地表建筑通过设置隔震层,延长了地表结构的自振周期,地表建筑的加速度、层间位移及最大主应力均得到明显降低,提高了地表建筑的抗震性能。(2)地表建筑设置隔震层后,邻近地下隧道的地震响应相较于地表非隔震结构体系,其隧道各关键点水平绝对位移及拱顶和拱底相对位移均有所放大,不利于隧道结构抗震。

下穿隧道–土–地表邻近框架结构相互作用体系地震响应初步分析

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。

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。

地下结构与不同刚度地表结构体系地震响应规律研究

为探讨不同刚度地表结构与地下结构相互作用体系的地震响应规律,构建了地表结构基频低于、等于和高于场地土卓越频率的三种不同刚度的地表结构,地下结构为典型的三层三跨框架结构。采用Davidenkov模型考虑土体的非线性,考虑地震动类型和幅值的影响。计算结果表明:地下结构的存在整体上放大了场地效应,而地表结构的影响取决于体系的频率特征。单一地表结构对地下结构的影响十分有限,而地下结构的存在放大了地表结构的响应,其放大程度仍取决于体系的频率特征。

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。

土体蠕变作用下高桩码头变形分析方法研究

高桩码头使用过程中,土体的弹塑性变形与蠕变变形会引起较大的结构位移,进而影响结构的使用安全。文章采用修正Drucker-Prager/Cap模型和Singh-Mitchell模型模拟土体本构关系,结合三维精细有限元理论,提出了一种分析土体变形对高桩码头结构影响的数值分析方法,并将其应用于天津港高桩码头的分析计算。结果表明,该方法可以较好地反映土体弹塑性变形与蠕变变形对结构的影响,将为土体变形对高桩码头的影响研究提供一条可行的途径。

隧道施工引起的松砂土层与地表结构响应

通过4组离心试验,模拟相对深度(埋深-直径比)分别为1.3和2.0的隧道在砂质土层中施工,分析了土层与地表建筑的位移与变形规律;通过抽取模型隧道内部的液体模拟隧道施工导致的土层体积损失,并设计了2层铝制框架结构模型,利用粒子图像测速技术测量了隧道施工引起的土层与结构移动数据,分析了地表与建筑筏板基础的水平与垂直位移、深部土层的移动与剪切变形、框架结构剪切变形与分类,以及结构剪切变形的修正系数与相对抗剪刚度。研究结果表明:隧道相对深度从1.3增加到2.0时地表沉降槽宽度从3.4 m增加到5.6 m,地表建筑的最大沉降从32.3 mm增加到49.5 mm,但变形程度有所降低;隧道施工影响下地表框架结构的变形主要表现为剪切变形,弯曲变形所占比重可以忽略不计;隧道施工引起松砂土层发生收缩变形,导致地表土层体积损失率始终大于隧道体积损失率,且隧道越深,差异越大;较浅隧道试验中建筑筏板基础与土层间存在较大间隙(27 mm),而较深隧道间隙几乎为0,从而增大了建筑筏板基础对地表土体水平移动的约束范围;建筑的剪切变形修正系数随隧道体积损失率的增加逐渐降低,且浅隧道的变化速率更大;2种隧道相对深度的建筑剪切变形修正系数-相对抗剪刚度数据点均位于已有经验包络线的内部,表明该修正系数也适用于较深隧道。

老岭隧道围岩周边位移收敛量测

隧道是一种特殊的工程结构体系，是处于围岩相互作用体系中的结构物，一经开挖，原有受力状态就会改变，原有力学体系便被打破。为了确定锚喷支护与围岩之间的力是否最终达到平衡，确定初支参数及二衬时间，指导施工进行隧道围岩收敛量测是重要的手段。本文对此进行了介绍。

筒桩基础的地震反应分析

本文基于Biot动力固结方程,在BDWF模型的基础上,通过等价线性迭代不断修正土体模量以逼近土体的非线性动态响应,对建筑筒桩基础的地震反应进行了动力分析。为了分析筒桩基础的地震反应,考虑桩-土-结构的动力相互作用,将桩-土-结构地震反应分析的空间体系简化为二维问题计算。结果表明,筒桩基础桩基相对桩基于桩基有较好的抗震性能,筒桩基础的柔性改善了结构的基本周期。