深厚覆盖层地区土层地震反应的不确定性分析

以上海地区作为深厚覆盖层地区代表,在丰富的地质资料基础上,全面、系统地分析了100 m以深地层的土层分布、剪切波速、土动力特性参数、密度和地震输入界面这5个不确定因素可能的分布范围,并采用逻辑树分析方法,利用等效线性化土层地震反应分析,计算得到了这5种不确定因素在23种工况下3个超越概率、4个典型地质孔的地表峰值加速度和反应谱结果。经分析表明,100 m以深地层的土动力特性参数、剪切波速、土层分布、密度属于低敏感性因素,其不确定性对地表地震动参数影响较小,峰值加速度差异基本在5%以内;地震输入界面属于高敏感性参数,对地表地震动参数(尤其是低频段)影响较大,最大差异可达30%—40%。地震安全性评价工作中应合理设定地震输入界面,以避免可能对工程抗震设防参数带来的不利影响。

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。

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明:桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20%以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10%～25%左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。

超前长距离大管棚支护在深表土层斜井施工的应用

在斜井施工中,为了顺利通过含有深表土层、流砂层的地段,设计提出了超前长距离大管棚支护和冻结法2个可行的施工方案,经过详细的方案论证和技术经济比较,推荐采用了超前长距离大管棚支护方案,并在经坊煤矿成功采用导向跟管钻进技术实施超前长距离大管棚支护及滑模施工。工程实践表明,采用导向跟管钻进技术,能使超前大管棚一次支护长度达到160 m。与冻结法相比,超前长距离大管棚支护可使工期缩短77%、造价减少83%。同时,该施工方法成功推广到了庄子河煤矿。

工程地质科技发展与进步

进入21世纪,工程地质勘察新技术、新方法发展迅猛,西北院为适应日益竞争激烈的市场,以科技为引领,提高勘察技术进步。近年勘察技术进步主要在3D激光扫描技术、工程勘察技术数字化、定向钻孔测试设备研发及综合勘察技术、地质遥感解译、岩土数值模拟等方面。科技研发主要集中在复杂边坡、深厚覆盖层、岩体结构、特殊性岩土等方面,在以下方面取得研究进展:层状岩质边坡复杂变形破坏机理、失稳模式及治理措施;水库滑坡及塌岸稳定分析、安全防控措施研究及其工程应用;倾倒岩体变形破坏与分类;工程岩体缓倾角结构面;基于量化指标的高拱坝建基岩体可利用标准和建基面选择;超高面板坝巨厚砂砾石料层“深井法”勘察与可利用性评价技术;深厚覆盖层坝基工程特性;城市地下铁道工程富水砂卵石地层勘察与评价;西北地区大型风力发电场盐渍土工程地质特性等。

含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基动力特性研究

在强震区、含软弱土层的500 m级特厚覆盖层上建坝,超出了现行设计规范的控制范围。开展了覆盖层厚度、输入地震波峰值、覆盖层中的软弱土层厚度等指标的敏感性分析,揭示了深厚覆盖层地震反应的主要特征及坝基建基面加速度放大倍数分布的规律性。研究认为:覆盖层厚度、输入加速度峰值、软弱土层厚度等指标与建基面放大倍数的衰减在变化规律上成正相关;当输入地震波峰值加速度为0.5g作用下,含软弱土层的500m级特厚覆盖层坝基中地震波总体以衰减为主,建基面放大倍数小于1;覆盖层加速度放大倍数随高程变化的基本规律为先衰减后放大。当存在软弱土层时,由于其滤波隔震作用会在土层内发生动力反应的二次衰减。基于上述分析,进一步提出了覆盖层下部区域地震效应衰减、中部区域软弱土层二次衰减、顶部区域放大的加速度放大倍数分布模型,编制了覆盖层加速度放大倍数建议值表,研究成果可为含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基工程设计提供重要参考。

考虑深厚覆盖层结构特性的场地地震反应分析研究

复杂深厚覆盖层的存在,使得从底部基岩输入的地震波在向上传播至结构-地基系统建基面时,地震动特性发生明显改变,进而显著影响其上修建结构的地震反应特性。本文针对峡谷区土石坝复杂深厚覆盖层场地条件,建立能够考虑覆盖层结构性沿竖直和水平方向都变化的场地地震反应分析模型,采用基于有效应力法的有限元分析方法,研究覆盖层结构特性对其地震动特性的影响规律。研究表明:河谷基岩地形条件、覆盖层的厚度、水平向上土层结构性变化、软弱层的存在以及场地上新建土石坝结构等,均会对覆盖层的地震动特性产生明显影响;覆盖层结构性对其地震动特性的影响规律相对复杂,覆盖层不仅使得地震动幅值显著变化,也使得输入地震动的频谱特性发生明显改变。

厄瓜多尔CCS水电站深厚覆盖层火山灰沉积土动强度特性试验研究

覆盖层地基土的动强度特性(参数)是进行地基土液化判别和结构-地基系统稳定分析的基础,是结构-地基系统动力响应特性的重要影响因素。厄瓜多尔CCS水电站取水枢纽的主体结构位于河谷深厚覆盖层地基之上,地基中的C2粉土为火山灰为主体成分的河流沉积土,表现出强吸水性和低天然干密度的特点。该类土的动强度特性鲜见有文献涉及,是本项目科研和设计人员关注的重点问题。本文,利用中型振动三轴仪进行厄瓜多尔CCS水电站深厚覆盖层地基C1细砂和C2粉土的动强度特性试验,重点考察以火山灰为主体成分的C2粉土的动强度特性和常规细粒土(以C1细砂为例)的异同。研究表明:和以往对常规细粒土动力特性的认识基本一致,火山灰沉积粉土的动强度特性受围压的影响;通过碎石桩等加固措施提高土的相对密度,可以显著提高地基的抗地震破坏能力;初始液化和5%轴向变形两种破坏控制标准下,等压固结土的振动破坏周次基本相同。