基于土质隧道的深浅埋界定范围研究

基于有限元软件ABAQUS进行隧道开挖过程的三维数值分析,从应力、应变的角度出发,对土体隧道深浅埋的界定范围进行了研究,研究结果表明:隧道施工过程中,拱顶C点的位移值最大,并且随着埋深的增加而具有不断增大的趋势;当隧道埋深增加到某一临界状态以上时,拱顶C点位移不再随着埋深的增加而显著变化,而是趋于一个定值;隧道的应力释放规律和其竖向位移规律相同,隧道拱顶C点的竖向应力随着隧道埋深的增大,应力变化曲线也趋于平缓,且C点的竖向应力与太沙基理论计算值较为吻合。在此基础上,结合理论分析的手段确定隧道深浅埋的界限埋深值,并运用现行规范和太沙基理论对此界限埋深值进行了进一步的验证。     

既有建筑与基坑相互影响的有限元分析

针对基坑开挖影响周边环境,周边环境也会对基坑产生影响这一问题,将基坑对建筑物的影响分为3个区域,分析了不同区域内建筑物的高度、基础埋深对地面沉降及围护结构最大水平位移的影响.分析表明:随建筑物层高的增加,地表最大沉降加大,围护结构水平位移增大,但在不同区域影响程度不同;随基础埋深的增加,地表沉降及围护结构水平位移均会减小,不同区域影响程度亦不同.建筑物倾斜方向与天然地面一致,倾角也与天然地面基本一致;地表最大沉降增量与围护结构最大水平位移增量之比随层高增加趋于一致,随埋深增加而减小.     

软土地铁车站抗浮梁抗震性能有限元分析

以天津地铁5号线工程中某地铁车站为例,对软土浅埋地铁车站结构的岩土工程在地震动载作用下的抗震性能和抗浮稳定性进行了二维平面的有限元数值分析研究.研究结果表明:在地震动载作用下,车站主体结构的位移以整体位移为主,局部产生不均匀变形,结构发生一定的扭转;车站埋深对地铁车站的地震响应影响比较明显,埋深越浅,压顶梁与顶板的相对位移就越大;在7度烈度地震作用下,抗浮梁能够很好地起到压顶抗浮的作用,不会出现因抗浮梁脱落而导致结构整体抗浮能力不满足要求的情况.     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

侧墙开洞拱形地铁车站结构三维地震响应分析

基于数值模拟的方法,建立了土—拱形地铁车站侧墙开洞接通道相互作用的三维数值分析模型,研究了其在水平地震作用下的动力响应规律。结果表明,开洞部位结构边墙或中柱的加速度峰值随着开洞数量的增加而减小,而下边墙的加速度略大于上边墙的加速度;开口部位结构侧墙的最大压应力随开洞数量的增加逐渐增加、弯矩幅值却逐渐减小,而中柱的最大压应力和弯矩幅值均逐渐增加;开洞部位的加速度峰值、相对位移峰值及应力或内力幅值均与侧墙开洞形式有关,正方形开洞工况下的加速度相对最大、横矩形次之、圆形最小;相同开洞面积时,侧墙横向矩形开洞引起的地震反应比竖矩形的略大,开洞角部是抗震设计的薄弱环节。     

地震动输入方向对隧道洞口段动力响应的影响

隧道洞口段抗震分析中,需要考虑地震动输入方向的影响.通过数值模拟的方法对不同地震动输入方向输入时隧道洞口段仰坡和衬砌的动力响应进行了对比分析.结果表明:横向地震动作用时隧道洞口段的动力响应最大,纵向输入时次之,竖向输入时最小;横向和纵向地震动作用时,坡面位移放大系数(PGD)和加速度放大系数(PGA)均由减小段和增大段构成,竖向地震动作用时只有增大段;在距洞口20 m范围内,衬砌受地震惯性力的影响较大,超过20 m之后,衬砌上的惯性力作用在减弱.     

脉冲型地震动作用下尼泊尔砖木遗产建筑易损性分析

为研究近断层脉冲型地震对尼泊尔砖木结构遗产建筑抗震性能的影响,以一栋2层的砖木结构遗产建筑为例,采用等效框架方法,以地面峰值加速度作为地震动强度指标和层间位移角作为结构损伤指标对其进行动力增量分析,确定了结构极限破坏状态,并分别对结构在脉冲型和非脉冲型地震作用下的易损性曲线进行了比较.研究结果表明:砖木遗产建筑在正常使用、生命安全和防止倒塌3种不同极限状态下对应的层间位移角分别为0.06%、0.32%和0.44%;该类建筑在遭遇地震时有较高的概率达到正常使用极限状态,但其超越生命安全和防止倒塌极限状态的概率相对较低;当达到或超过生命安全状态之后,较小的地面峰值加速度增量就可能导致砖木遗产建筑达到防止倒塌状态;与非脉冲型地震动下的结构响应相比,脉冲型地震动下达到正常使用、生命安全和防止倒塌3个极限状态的概率分别高出18.9%、14.3%和12.6%,在震后修复和加固中应对近断层脉冲型地震动的激励特征予以充分考虑.     

复杂多层隔震结构近场地震动位移响应特征分析

为了研究近场地震动特征参数对超长复杂基础隔震结构地震位移响应的影响特征. 首先，分析了128条近场地震动特征参数之间的相关性；接着，对超长复杂基础隔震结构输入地震动，分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的特征参数与结构位移响应之间的相关程度及变化特征. 结果表明:隔震结构的长周期值因接近速度谱中速度敏感性区域而远离加速度谱中加速度敏感性区域，使得结构位移响应与地面峰值速度（peak ground velocity，PGV）的相关程度大于与地面峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）的相关程度；地面峰值位移（peak ground displacement，PGD）、输入能对较低楼层的层间位移影响程度大于较高楼层层间位移的影响程度，而PGV和PGA对较低楼层的层间位移大小影响程度小于较高楼层层间位移的影响程度；其他特征参数（除输入能和PGV之外）与基础隔震结构层间位移响应的相关程度大小，同该特征参数与地震动特征参数输入能（或PGV）的相关水平程度相一致；除此之外，近场地震作用下，结构端部及边角位置支座相对中心位置支座位移明显偏大，脉冲型地震动对结构层间位移和隔震层位移分别放大56.59%、58.33%，且对较低楼层的层间位移放大作用更加明显.      

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

泡沫混凝土在桥头台背回填工程中的数值分析

为了得到泡沫混凝土在桥头台背中的应用效果,采用数值分析方法模拟了30个不同工况下填土和桥头桩基的水平、竖向位移变化情况,得到以下结论:随着泡沫混凝土置换宽度的增加,土体的水平位移出现明显下降,土体的竖向位移最大值基本保持不变;桥头桩基的底部和顶部位移方向相反,底部向右运动且值最大,顶部向左运动;随着泡沫混凝土置换宽度的增加,桥头桩基的最大水平位移、最大竖向位移都逐渐减小,且靠近填土侧桩基沉降要大于另一侧的;随着换填高度的增加,桩基最大水平和竖向位移均呈现出线性增长,换填处于20～80 m时桩基水平位移减小明显,当换填宽度小于60 m时,桩基竖向位移减小明显。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

为了分析静压沉桩过程对邻近埋地管道性能的影响,基于位移贯入法模拟静压沉桩的二维有限元数值方法,建立了桩-土、管-土接触面并在桩顶施加位移荷载实现动态压桩过程,并综合分析了压桩过程中沉桩深度、桩径大小、管道中心与桩体中心的水平距离以及管道的埋深等因素对管道变形与力学性能的影响.研究结果表明:同等条件下,增加管-桩水平距离,管道水平位移、径向变形和管周应力相应减小,近桩侧管周土体的最大水平应力约为不设置管道时的1.5倍;随着沉桩深度增大,初始使管道产生明显水平位移的临界沉桩深度约为管道上方1 m处,随后管道水平位移呈现先增大后略微减小,并最终趋于稳定的趋势,且当沉桩深度为2倍埋深时管道水平位移最大;管道埋深越大,管道受沉桩挤土效应的影响越明显;当埋深为5倍管径时,沉桩桩径减少25%时管道最大水平位移减少27.8%,表明减小桩径可显著降低沉桩对周边管道性能的影响.      

地震动入射角对空心薄壁高墩桥梁地震易损性的影响

为了充分评估空心薄壁高墩大跨桥梁结构的抗震性能, 以中国西部某四跨高墩刚构-连续组合体系桥梁作为研究对象, 基于三维地震易损性分析方法, 计入竖向地震动的影响, 结合现行桥梁抗震设计规范, 采用增量动力分析方法讨论了水平地震动入射角对桥梁构件地震易损性的影响; 依据一阶可靠度理论分析了地震动入射角对桥梁结构系统易损性的影响规律。研究结果表明: 2#、3#刚构桥墩的弯曲和剪切易损性云图与1#、4#悬臂墩的弯曲和剪切易损性云图差异明显, 桥墩弯曲和剪切的地震易损性不仅与地震动入射角有关, 还与桥墩结构形式有关; 支座在轻微损伤、中度损伤、重度损伤及完全损伤状态下的损伤概率分布相似, 地面峰值加速度为0.4g时, 最大损伤概率的地震动入射角为0°和180°, 当地面峰值加速度大于0.6g时, 轻微损伤和中度损伤的最不利入射角为0~180°, 支座变形的最不利地震动输入方向主要为纵桥向和横桥向。由此可见, 各关键构件的不同损伤指标下的损伤概率随地震强度、方向变化的规律各不相同; 不同损伤指标下系统及各构件的最不利地震动入射角及其区间数量和范围也各不相同; 仅讨论纵桥向或横桥向构件地震易损性不能合理评估桥梁结构的实际抗震需求, 采用三维地震易损性分析方法能准确定位最不利地震动入射角, 实现高墩大跨桥梁结构抗震性能的准确评估。      

竖向地震对大跨度连续刚构铁路桥地震响应的影响

以内蒙古在建的大准铁路增二线黄河连续刚构特大桥为研究对象,采用反应谱分析方法研究了其在水平地震单独作用下、《公路桥梁抗震设计细则》和《铁路工程抗震设计规范》中规定的不同竖向地震分别同水平地震组合下的地震响应。结果表明:考虑竖向地震对连续刚构桥的地震响应非常明显;水平地震和《铁路桥梁抗震规范》中的竖向地震组合时结构地震响应较按《公路桥梁抗震设计细则》竖向地震组合时结构地震响应大,内力最大增幅为27%,位移为26%。     

基坑对既有地铁隧道衬砌的影响及变形控制

基坑工程位于地铁隧道之侧,基坑开挖卸荷导致地铁隧道衬砌产生位移,水平位移朝向基坑内侧,而竖向位移主要表现为隆起,地铁隧道衬砌竖向隆起量要大于水平位移;地铁隧道衬砌位移随着基坑开挖逐渐增大。地铁隧道离基坑越远且地铁隧道埋深越深,地铁衬砌竖向隆起量及水平位移就越小。以枫亭隧道明挖基坑为工程实例,采用地连墙+4道横撑+2道竖向支撑的支护方式、盆式开挖方法、合理的地连墙嵌固深度等方式来控制地铁隧道衬砌的变形,并以"地铁隧道结构的绝对竖向位移及水平位移要≤20 mm"为控制标准,对基坑开挖进行了数值模拟,结果显示控制措施能保证地铁隧道正常运营安全。     

近断层地震地面运动峰值衰减规律研究

研究近断层区域地震动的峰值衰减规律,可以为近断层区的地震危险性分析和工程结构抗震设计提供关键性基础数据．基于包括中国“5．12”汶川地震在内的全球23次地震事件中的338条近断层地震动记录,引入考虑震级和断层距影响的地震动衰减模型,采用最小二乘法对峰值加速度、峰值速度及峰值位移进行了回归分析,得到了近断层区域地震动峰值的衰减关系．与其他学者所提出的衰减关系的对比表明,文中提出的峰值衰减模型可更准确地揭示近断层区域地震动峰值的衰减变化规律．     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准,结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义,给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法;找出极限状态下各控制点的位移关系,即预警位移、容许位移和极限位移;基于三车道隧道设计洞形,采用连续体弹塑性有限元模型,按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算,分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移,并进行t分布统计,得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值;对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下,隧道围岩表面的位移变化规律;研究同种工法、相同埋深条件下,弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系;对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据,得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断,即该方法的合理性得到验证。     

传力杆材料属性对水泥混凝土路面传荷的影响研究

针对现有水泥混凝土路面常见的破坏形式,通过设置传力杆的水泥混凝土路面结构模型,研究传力杆弹性模量、传力杆横截面半径、传力杆长度对受荷板侧竖向位移、未受荷板侧竖向位移、传荷挠度系数的影响,得出以下结论:随着传力杆横截面半径、弹模、长度增加,受荷板竖向位移逐渐增大,影响最大的是传力杆半径,弹模和长度对其影响极小;未受荷板侧,竖向位移逐渐增加,但随着长度增加,未受荷板竖向位移逐渐减小;从传荷挠度系数上看,随着横截面半径、弹模的增加,传荷挠度系数逐渐增加,表明传荷能力逐渐增强,随着长度的增加,传荷挠度系数逐渐降低;随着长度增加,未受荷板位移及传荷系数皆降低,通过分析造成这样的原因会引起其他形式的破坏。     

近场地震的速度脉冲效应及简化冲击回归公式的检验

着重介绍了几次地震中出现的近场地震的速度脉冲特性，并利用简化冲击模型来分析速度脉冲效应对地震动加速度、速度、位移的影响。另外，还用近场地震记录对简化冲击的回归公式进行了验证。结果表明：在速度脉冲效应下，地震动峰值位移增大值大于峰值速度增大值，而峰值加速度所受影响最小。在阻尼不是很大的情况下，速度脉冲效应是较大的。因此，考虑近场地震的抗震设计中速度脉冲效应是必要的。     

红砂岩地层大型车站深基坑桩锚支护结构变形分析

结合江西省赣州市赣州西站预留地铁车站深基坑工程,对红砂岩地层深基坑桩锚支护的桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和地表沉降进行现场监测分析。结果表明:桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和地表沉降时空效应显著,基坑中部变形大于坑角,长边大于短边,且从中部向坑角逐渐减小;桩体水平位移曲线呈两头小、中间大的“弓”形,最大位移出现在桩体埋深1/2 ~ 2/3 处,与锚索最大轴力所在位置的深度一致;锚索轴力随基坑深度变化呈类抛物线形分布,轴力损失和增长主要发生在基坑开挖阶段;坑外的地表沉降主要呈凹槽形分布,最大沉降发生在距坑边8． 5 m 左右处;基坑周围地表最大沉降值与深层最大水平位移之间存在着较为明显的线性关系。