高烈度地震区双线公路隧道减震措施研究

目前地下结构采用的减震措施主要有2种,即注浆加固和设置减震层。结合雅泸高速公路某隧道,从土-结构相互作用模型出发,运用时程分析方法研究同一地震作用下注浆加固及设置减震层这2种减震措施的地震反应,分析注浆加固范围变化对隧道地震反应的影响,得出这2种措施均可以减小隧道的地震响应,有利于减震。     

沉井-土动力相互作用对大跨悬索桥地震反应的影响

以一座大跨悬索桥中塔沉井基础为工程背景,采用"m"法建立了沉井-土动力相互作用计算模型,研究了沉井-土动力相互作用对全桥结构地震反应的影响,并对其影响机理进行了探讨,最后分析了河床冲刷深度的变化对结构地震反应的影响。研究结果表明,沉井-土动力相互作用对边塔的地震反应影响较小,但会增大中塔的地震反应;考虑沉井-土动力相互作用时,在与基础的自振周期相近时,结构的地震反应表现出显著的共振效应,使得结构地震反应增大;河床冲刷深度变化对结构的地震反应有很大的影响,随着冲刷深度的增加,桥梁结构的地震反应并不是单调变化,而可能出现一个峰值。     

桩-土作用连续刚构地震反应分析

桩-土-结构动力相互作用使桥梁结构的动力特性、阻尼和地震反应发生改变,而忽略这种改变有时是偏危险的。因此,在进行桥梁的地震反应分析时,应考虑桩-土-结构的相互作用。文中借助Midas有限元分析软件,采用反应谱法对考虑桩-土作用与不考虑桩-土作用作了详细的地震反应计算分析,通过对两种计算结果的比较,分析了考虑桩-土作用与不考虑桩-土作用连续刚构的内力与位移。     

大跨度悬索桥行波激励地震反应分析

为探讨大跨度悬索桥梁抗震设计理论问题,利用基于大质量法的多支承激励运动方程,研究非线性多支承激励地震响应,分析桩-土-结构相互作用对动力特性和地震反应的影响,以及行波效应对地震反应的影响。分析表明,主塔为嵌岩桩时,考虑桩基础的桩-土-结构相互作用后会使结构的内力反应减小,行波效应对结构内力反应影响不大,加劲梁与边梁在主...     

基于动水及桩-土-结构相互作用的斜拉桥地震响应分析

为了得到更为符合实际情况的跨江大桥动力稳定性的地震反应分析,在桥梁抗震研究中必须综合考虑动水及桩-土-结构的相互作用。基于此,结合某斜拉桥,采用基于Morison方程的动水力简便计算方法来模拟水对桥梁下部结构的动水压力,通过大型有限元程序Midas/Civil分别建立了没有考虑动水及桩土效应和考虑动水及桩土效应两种情形下的计算模型,通过输入El-Centro波分析了动水及桩土效应对斜拉桥结构动力特性和地震反应的影响。分析表明动水及桩土效应对斜拉桥动力特性和地震反应的影响较大,因此在对跨江斜拉桥结构进行抗震分析时,应考虑动水及桩土效应对其动力反应的影响。     

挡土结构地震惯性力沿高度分布系数研究

通过利用波动有限元技术,对挡土结构土体系的动力反应状态进行估算,研究地震作用下挡土墙和桥台的加速度沿高度分布系数,为提出沿高度分布系数建议提供依据。本研究设定人工边界条件,运用透射公式以简化波动有限元算法,对不同高度的6类挡土墙以及2个扩大基础桥台等在18条地震波输入下的地震反应进行估算,得到挡土墙地震最大加速度反应规律,最终总结得到挡土结构地震惯性力沿高度分布规律,并为抗震设计规范的修编提出建议。     

土-结构动力作用体系混合试验研究进展与探讨

土-结构相互作用机制的研究通常需要借助试验方法来检验相关分析理论和模拟方法的合理性。混合试验是一种结合物理试验与数值模拟各自优势的试验方法,近年来发展迅速并逐渐向应用研究拓展,而土-结构作用体系是混合试验的一个重要应用领域。首先根据不同子结构对象对试验进行分类,分别归纳总结土体数值域-结构试验域、土体试验域-结构数值域、地层特性混合试验这3类土-结构作用体系混合试验的研究进展。从多跨桥梁结构、浅埋基础框架结构等传统土-结构作用体系,到液化场地桩基、海洋自升式平台、隧道-桩基-地上结构等复杂土-结构作用体系,混合试验为不同类型的土-结构动力作用体系的相互作用机制均提供了有效探究手段。笔者团队在强震作用下地下结构动力混合试验模拟方面的研究工作包括:在OpenSees-OpenFresco平台构建地下结构混合试验框架,以大开车站为例对试验框架进行验证,并对不同加载边界条件下的混合试验精度进行评价。研究结果表明:虚拟混合试验结果与纯数值模拟结果吻合良好;反弯点加载边界与完备加载边界的试验精度在小震工况(0.12g)下十分接近,但在大震工况下(0.58g)偏差较大。最后探讨了目前土-结构作用体系混合试验研究存在的共性问题,以期为今后混合试验的研究重点指明发展方向。     

沿海软土地区PHC管桩-土-结构模型振动台试验

为了解沿海软土地区PHC管桩在地震作用下的动力反应、桩-土动力相互作用特性以及破坏模式,开展PHC管桩-土-结构模型体系的地震模拟振动台试验研究。通过输入3种不同地震波,并逐渐增加地震波峰值,研究预应力度、土体特性对模型体系的地震响应与破坏模式的影响。研究结果表明:土体饱和与否对模型体系的动力特性和地震响应影响较大,PHC管桩的预应力对其动力特性有一定影响,破坏模式也不相同;土体未饱和时,基本烈度地震作用下PHC管桩的一阶频率下降不大,土体饱和时,随着地震波激励的增加,模型体系的自振频率逐渐下降、阻尼比逐渐增大,PHC管桩-土-结构间的相互作用加大,结构开始损伤破坏,频率最大下降至初始频率的50%;预应力的存在可较显著地减缓地震作用下结构的损伤破坏;加速度峰值越大或者土体越深,孔压比越大,最大超过1.0,并出现液化现象,且液化持续时间远大于地震波持时。研究结果可为沿海软土地区PHC管桩的应用和规范的制定提供参考。     

饱和土—群桩结构共同作用体系地震反应分析中侧向边界的影响

通过数值计算,分析某典型饱和土-群桩结构共同作用体系三维地震反应分析中土层侧向远置边界设置位置的影响,探讨土层与群桩结构地震反应随土层计算范围不同而变化的规律.由分析结果得知,沿地震波输入方向土体尺寸每侧取4.5倍土层深度范围,垂直于地震波输入方向土体尺寸每侧取l倍土层深度范围,可保证饱和土体-群桩结构共同作用体系地震反应分析的精度.     

反应加速度法在地下结构抗震分析中的应用

反应位移法和反应加速度法作为地下结构抗震分析的基本方法均写入了我国规范,但其在实际使用中仍存在一些不确定性。在反应加速度法基本原理的基础上,给出了反应加速度法的计算步骤,并以某典型地下结构为对象,采用该法计算了地震响应的受力特征,并与反应位移法进行了简单比较。结果表明:反应加速度法因能考虑土-结构相互作用,在理论上更为合理,具有更广的适用范围。     

重力对土体中地下结构地震反应的影响

为解决地震作用下土体重力与地下结构相互影响问题，首先，归纳重力对土体性质的影响规律，分析重力和地震反应的相互影响、地应力的处理和重力的施加方式等; 然后,通过典型算例对重力施加方式的适用性、重力对地震反应的影响程度等进行评价。结果表明： 1）在地震作用下，地下结构的重力和地震反应相互影响； 2）在进行数值计算时，重力可采用时程荷载的形式施加，并且宜保持重力加速度一直不变； 3）当土体为非线性介质时，采用叠加原理进行计算存在误差，且叠加误差随着土体非线性程度的增加而增大，但并非单调增加，叠加误差还受地震波、场地等因素影响。     

非液化场地中桩-结构体系地震响应与桩基失效模式分析

基于非液化场地-群桩基础-上部结构大型振动台试验,建立了非液化场地-桩-结构体系地震响应数值计算模型,在分析桩-结构体系动力响应基础上,深入探讨动力荷载下非液化场地中的桩基失效模式。通过对比数值计算模型所得典型地震响应结果与试验结果,验证了数值计算模型的有效性和合理性,进一步探讨了非液化地基中土-结构体系地震响应规律,重点关注在地震作用下桩基失效过程及桩基-结构体系地震破坏模式。结果表明：在地震作用下,土体加速度在松砂层中不再放大,在最上部出现一定放大,且桩基加速度反应也有相似规律;各深度处土体动剪应力-动剪应变滞回曲线表现出对角线斜率小幅减小的趋势,说明等效剪切模量也出现不同程度的降低,也即地基各处土体抗剪强度均有一定下降;桩身最大弯矩出现在桩身中下部,在桩头与土层交界面附近桩身剪力较大,说明可能发生桩头剪切破坏或桩身弯曲破坏。     

济南市地铁车站抗震特性振动台试验研究

以济南市轨道交通R1线演马庄西站为工程背景，采用振动台试验研究土体自由场、两层两跨车站结构土体-结构体系在典型地震波下的动力特性。结果表明:在自由场试验中，随着输入地震波峰值的逐渐增大，相同位置的加速度放大系数逐渐减小；在土体-结构体系试验中，由于地下结构的存在，地震波在传播过程中放大效应与自由场存在差异，且不同类型的输入波产生不同的加速度放大系数变化规律。     

桩锚结构的动力特性研究

在地震作用下桩锚之间相互作用，其受力关系复杂。运用FLAC3D有限差分软件建立数值模型，并施加简化后的汶川地震波，分析地震作用下桩锚支护边坡的位移、加速度、锚杆轴力响应等动力特性。结果表明:桩锚结构对边坡土体位移和边坡的稳定性具有良好的控制作用。     

地震作用下土岩二元结构边坡位移和土压力的响应分析

以海西福永高速公路某标段边坡工程为依托，运用FLAC3D5.0数值软件对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡进行了地震作用数值模拟，分析了锚框支护土岩二元结构边坡在地震作用下水平位移和动土压力的响应。结果表明:地震作用下边坡土体水平位移响应随高程增加而增大；地震强度增加，边坡土体水平位移响应增加；PEP震荡系数与埋深呈负相关；地震强度增加时，PEP震荡系数增加。     

粘弹性人工边界在地下结构抗震分析中的应用

地下结构地震反应分析需考虑结构-地基的动力相互作用,其中场地土层的自由场反应分析是确定地震输入的关键问题。以往地下工程实例表明,在结构动力时程计算中,能否有效模拟无限地基边界对结构抗震分析有很大的影响。基于某地下综合体项目进行抗震评估,采用黏弹性人工边界模拟自由场震动响应,克服工程中传统分析里不能模拟场地无限域的缺点。为地下结构的动力时程分析提供可靠数值依据。     

基于振动台试验的桩板墙加固边坡抗震性能研究

以大型振动台模型试验为手段，以昆明市某边坡为原型，对地震作用下桩板式抗滑挡墙加固边坡的加速度、位移和动土压力响应的分布特征和变化规律进行研究。以大瑞人工波为研究对象输入地震波，设计相似比为1∶20的桩板墙加固边坡模型与自然边坡开展对比实验。研究表明:自然边坡在Ⅷ级地震烈度下，边坡体后缘产生大量张拉裂隙，后缘与母体脱空，具备滑坡的前兆特征，与自然边坡试验现象比较，桩板墙加固边坡的抗震稳定性较好，边坡在设防烈度（Ⅷ基本烈度）范围内保持稳定；当加载地震波峰值加速度相对较小时，水平加速度延高程有明显放大效应，会对自然边坡稳定性产生不利影响；当加速度相对较大时，有水平加速度延高程既出现放大现象也产生缩小现象；桩板墙加固后边坡对地震波的放大效应明显比自然边坡土体小，说明桩板墙能有效减弱边坡的震动效应；在地震动激励下，动土压力峰值随着加载地震波幅值的增大而增大，在同一加载工况下，离桩顶越远，动土压力峰值越大，桩板墙最大土压力出现在靠近桩板墙底的位置。试验结果有助于揭示该结构抗震机制，可为支挡结构的选取与桩板墙结构抗震设计提供依据。     

地震作用下含地下水边坡动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立赋含地下水的三维土质边坡模型,并基于Byrne动孔压增长模型,研究了不同地下水位下边坡的加速度、速度、频谱地震动力响应规律;分析了超静孔隙水压力变化规律。结果表明:在地震作用下,边坡对地震动加速度具有垂直放大效应和临空面放大效应,随着距坡面距离的减小,坡内加速度放大系数呈先减小后增大的趋势,含地下水边坡的放大作用大于无水边坡;速度放大系数沿坡面高程增加而增加,坡内速度放大系数变化规律与加速度一致;边坡主要对地震动的低频成分起放大作用,傅里叶谱峰值随地下水位升高而降低;边坡坡脚位置处超静孔隙水压力最小,但超孔比最大,极易发生液化。     

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明： 1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小; 随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。     

地震作用下锚索框架梁边坡的振动台模型试验研究

以海西福永高速公路某标段预应力锚框支护土岩二元结构边坡工程为依托，通过模型试验法在大型振动台作用下对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡的地震响应规律进行了研究。结果表明:沿坡高方向向上，PGA放大系数呈递增趋势，表现出明显的"趋表效应"和"鞭梢效应"；地震强度等级较高情况下，土体的塑性特征非常明显；地震波频谱特征不同导致加速度峰值放大系数存在差异并随坡高变大而呈现变小的趋势，最终在边坡坡顶处逐渐趋于一致。