跨断层地表破裂带桥梁震害研究及抗震概念设计

针对跨断层地表断裂带桥梁工程抗震设计及防御对策中存在的问题,整理、分析了国内外历次地震中跨越断层地表断裂带桥梁的震害资料,得出了发震断层类型、桥梁结构形式(上部结构、支座和下部结构)、平面线形等对桥梁结构损坏程度的影响规律,并指出在设计之初未对可能出现的断层地表破裂予以考虑或考虑不充分是地震中桥梁严重损毁的重要原因.在此基础上,提出了包括设防思路、结构形式、抗震措施等方面的跨断层地表破裂带桥梁抗震概念设计.     

中兴特长隧道设计

中兴隧道位于渝沙高速公路彭武段，左洞长6105．42m,右洞长6082m，是本线最长的隧道之。隧道穿过岩溶、岩溶水发育地段、断层破碎带、岩爆及地应力、煤系地层等不良地质地段，设计难度大。本文主要介绍该隧道的平纵面选择，主体结构设计，营运通风设计等。     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

德国联邦铁路新干线的桥梁：设计规定,体系和要求

目前，德国联邦铁路的汉诺威－维尔茨堡和曼海姆－斯图加特新干线的许多山谷桥正在设计和施工。与公路桥相比，这些桥的面自重和交通荷载较大，允许变形较小。此外，还要求特别注意线路与桥梁的相互作用引起的应力。桥梁体系必须适应这种铁路特有的条件。下部结构刚度的计算具有特点重要的意义，因为桥梁变形会影响行车特性，并在钢轨内引起不允许的高应力。这需要地基专家与设计工程师密切合作，给出了平基础和桩基础的变形计算方法     

监测数据分析新方法在隧道工程短期预测中的应用

隧道施工中量测数据的分析新近表明，挤压地层中位移矢量方向能提供一些有价值的信息，不仅能提前探测断面上岩体刚性发生了几倍变化，而且也能探知初始应力方向的偏差。为此，新的监测数据分析工具已经得到开发。这种量测分析工具能使我们对隧道围岩应力状态有更好的了解，并且也能提高开挖面前方岩体性态的短期预报能力。新近完工的哈尔亨山隧道就是一个这方面的实例，它必须横穿两个主要的断层区，其 地层条件极为不良，在哈伯断层带，地质条件变化很大，在隧道贯穿过程期间成功地利用位移矢量方向控制开挖作业和支护决策。     

转体施工转动体系不平衡力矩测试方法研究

桥梁转体施工中保证转动体系重心位于转轴中心较小的范围以内对顺利转体十分重要,表现为转动体系以转轴中心的刚体不平衡力矩尽量小。然而实际施工中不可能做到转轴中心两侧完全对称,特别是转体前采取支架现浇方式施工的桥梁均存在不同程度的不平衡力矩,需要通过一定方法进行不平衡力矩测试,用于转体前的配重设计。探讨了转动体系不平衡力矩的测试方法,提出了利用墩柱应变（应力）检测不平衡力矩的方法,并以实际某转体桥梁为实例,采用上述测试方法与转动体系称重试验结果进行了对比,结果显示利用墩柱应变（应力）检测不平衡力矩方法可以准确地获得转动体系偏心大小。方法简便易行,可大大减少称重所需的人力物力投入,节省施工时间,为今后转体施工不平衡力矩测试提供借鉴。     

全时程时效分析理论及其在大跨桥梁长期性能预测中的应用

本文采用截面平衡方程和结构平衡方程相结合的方法，综合考虑了混凝土的收缩，徐变及预应力钢束松驰等时效因素对大跨径应力混凝土桥梁结构的影响，提出了一种计算时效因素影响的新的时效分析理论。依据上述理论编制的计算机程序，可以完成对预应力混凝土桥梁从施工到通车运营以至若干年后，任意时刻梁体任意截面位置的应力，挠度的长期预测。     

断层破碎带隧道地震反应规律的数值模拟研究

基于土—结构相互作用理论,对高烈度地震区跨断层破碎带公路隧道进行了抗震计算,分析得出了隧道结构各控制点的位移、加速度及应力响应的一般规律,同时分析了不同断层倾角对隧道纵向稳定性的影响。结果表明:在地震作用下,断层破碎带隧道拱部、墙脚为抗震薄弱位置;结构振动加速度波形与输入波形相似;断层倾角越小,隧道结构受力越不安全。这些结果可为地震区断层破碎带隧道结构设计提供参考。     

浅层地震反射波法在桥位工程地质勘察中的应用

根据ES－1225浅层地震仪在国家多项交通重点工程中的应用研究，认为浅层地震反射波法在桥位工程地质勘察中的可以解决；划分和研究第四系地层，查清影响桥梁基础的不良地质因素（如断裂，破碎带，溶洞等）。     

基于双折减系数法的隧道掌子面稳定性分析

在隧道施工过程中，掌子面发生坍塌的事故屡见不鲜，特别是在破碎岩体隧道开挖后，围岩自稳能力差，易出现坍塌破坏。通过研究掌子面破坏时楔形滑动体力与力矩的静力平衡，采用双折减系数法分析跨断层处破碎带对隧道施工过程中掌子面稳定性的影响。结果表明:断层倾角逐步减小时，断层泥体积增大；由于断层泥强度较小，掌子面不稳定，须采取加固措施。     

有限元法确定黄土岸坡稳定影响线

利用三维弹塑性有限元数值分析法,通过对黄土岸坡修建桥梁基础后不同位置与坡脚应力关系比较,得出不同深度下基础附近应力接近半无限平面（即消除岸坡边界影响）的临界位置,最后将所有临界位置点与坡脚连线,得到岸坡稳定影响线,为桥梁设计提供了基础安全埋置准则。     

基于地层损失的盾构隧道土压力非线性解析方法

针对盾构隧道结构在层状不均匀地层中承受的土压力荷载问题,根据调用强度设计(MSD)原理考虑土体非线性硬化特征,并采用Peck公式对应的土体位移场模式,提出施工不排水条件下盾构隧道结构周围土压力与开挖致地层位移势能的平衡方程,建立改进的隧道结构土压力非线性计算模型,并得到隧道上覆土体为均匀地层和层状不均匀地层2种工况下土压力荷载与地层损失率之间的非线性相关关系。将该计算方法应用于上海地区地铁隧道的土压力荷载计算,详细分析了应力释放系数与地层损失率之间的非线性相关关系,对均匀地层条件下不同的隧道覆土深度、土体强度、土体卸载模量以及侧压力系数进行了参数分析,并对上覆双层地层条件下不同的地层相对刚度、地层相对强度以及双层地层的相对空间位置关系进行了参数分析。结果表明:隧道开挖导致的地层损失对土压力荷载的计算结果具有显著影响,地层应力释放系数随地层损失率的增长呈现较为明显的非线性特征;在均匀地层中,地层刚度对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响较为显著;在层状不均匀地层中,地层相对厚度及地层相对位置对土压力-应力释放系数非线性曲线的影响同样十分显著。     

跨断层地震动及其对桥梁结构影响研究进展

与常规地震动激励的情况相比，跨断层地震动作用下桥梁结构具有更复杂的动力响应、更大的地震需求以及更严重的地震损伤。伴随着川藏铁路等超级基础工程的开工建设，越来越多的桥梁具有跨越潜在断层的风险，相关研究亟待开展。从跨断层桥梁震害出发，首先阐述了近/跨断层地震动的基本特性并介绍了相关模拟方法，然后综述了跨断层桥梁抗震分析理论、数值模拟和模型试验等研究的相关进展，进而归纳了考虑跨断层地震动作用的应对策略。结果表明：现有的跨断层地震动模拟方法合理可行，但存在一定的应用条件和改进空间；跨断层桥梁研究对象大多为中小跨径梁桥，其地震响应和损伤破坏模式受断层类型、跨越位置、跨越角度、永久位移等多因素影响；针对跨断层桥梁的减隔震和防落梁限位措施等技术得到初步发展。最后展望了未来跨断层桥梁抗震研究的发展方向，主要包括：发展更为精确、高效的跨断层地震动模拟技术；开展大跨径桥梁的跨断层振动台台阵试验及倒塌数值模拟研究；突破跨断层桥梁振动台台阵试验技术瓶颈；明确跨断层地震动参数对不同类型桥梁结构地震损伤机理的影响规律；进一步发展相应的减隔震技术、防落梁措施以及韧性防控技术，并进行试验验证等。     

逆断层黏滑错动对跨断层隧道影响机制的模型试验研究

为指导隧道穿越活动断层时的抗错断设计,避免逆断层黏滑错动造成跨断层隧道结构的严重破坏,以棋盘石隧道为工程背 景,通过 1 ∶ 50 相似模型试验,研究逆断层黏滑错动所引起的山岭隧道破坏模式,分析隧道和地层变形过程及破坏特征,得到以下 结论: 1)逆断层错动在断层迹线附近地层形成剪切带,剪切带沿着断层线略微凸向试验装置上盘的弧线方向发展。2)断层错动对 试验装置上盘内隧道变形破坏的影响大于下盘,最大土压力和最大纵向应变主要分布在上盘隧道中; 土压力和纵向应变变化规律 相似,均随错动位移的增加而不断增加。3)隧道最终破坏为逆断层下的剪切破坏,局部伴随张拉破坏,剪切破坏主要表现为变形缝 两侧隧道衬砌脱落和纵向裂缝;断层错动对隧道影响区域主要集中在断层破碎带及附近2D(D 为隧道洞径)区域,尤其是试验装置 上盘部分,在跨断层隧道的设计阶段需引起足够重视。     

应力带桥的设计

应力带桥是近年来逐渐被人们认识并采用的一种新型的桥梁结构形式。本文仅就该类桥型的结构构造和受力特性进行简要的分析和介绍，并针对应力带桥的设计要点作初步的探讨。     

盾构近距离侧穿桥梁及下穿公路变形规律与控制技术研究

以厦门地铁2号线区间隧道下穿天竺山立交桥及沈海高速公路施工为依托，对上软下硬地层盾构隧道侧穿桥梁及下穿高速公路施工对桥梁及路面的变形影响展开研究，采用FLAC 3D模拟不同盾构施工参数对桥梁及路面的变形影响规律，并将实测变形值与预测变形值进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。研究结果表明：对于上软下硬地层地铁隧道盾构侧穿桥梁及下穿高速公路施工时，增加土仓压力和增加注浆层厚度可以有效减小桥梁及路面的变形量，并有效降低桥梁与路面间伸缩缝两侧的差异沉降值；通过减小地层应力释放，可以减小桥梁及路面的变形量。因此，对于上软下硬地层，通过合理设置盾构施工参数可将桥梁及路面的变形控制在其允许范围之内，这对于缩短工期和节约工程造价具有重要意义。     

跨断层桥梁地震响应特性研究

为了解跨断层桥梁地震响应规律,为桥梁抗震设计与研究提供参考,以一座跨越走滑断层梁桥为研究对象,利用混合模拟法合成了跨断层桥梁地面运动时程,基于地震动位移输入模型,采用非线性时程分析法计算了该桥的结构地震响应,并从内力和位移响应方面与对应近断层桥梁进行了对比分析。结果表明:跨断层梁桥的桥墩承受较大扭矩;在断层错动方向,断层两侧主梁、支座及桥墩的内力、位移响应方向相反,地震动结束后,存在显著的残余内力和位移,具有较大的结构破坏风险。建议设计时应基于跨断层桥梁的地震响应特性,进行针对性的抗震设防,以减轻或避免结构破坏带来的不利影响。     

用于文物老桥水中墩基础维修加固的围堰施工技术

针对文物老桥基础维修加固过程中制约因素多、施工难度大的情况,以运营80余年的广州海珠桥中墩基础改造工程为背景,研究该类桥梁的水中墩基础维修加固围堰技术。根据文物桥梁"修旧如旧"的维修加固原则,在不破坏原结构的前提下,改造中墩基础时采用分体式双壁钢围堰作为施工阻水结构。围堰整体设计为圆端形,横桥向对称分成2个U形半体;2个U形半体临时连接,整体下河并浮运至桥位附近停靠;通过实时监控围堰接缝处的应力变化,在U形半体壁舱内加水调节至其应力趋近于零,实现围堰平衡分体;将2个半体分别浮拖至墩位处,通过临时锁定结构及止水装置快速合龙连成整体,通过安装导向平台辅助其精确定位,最终下沉至设计标高。分体式双壁钢围堰的使用成功规避了桥梁周边障碍物的不利影响,降低了风险系数,保障了施工安全和质量。     

昔格达泥岩竖向承载试验及有限元分析

在现场静载试验的基础上,利用有限元分析了昔格达泥岩的应力分布,得出了昔格达泥岩的竖向承载力和变形特征,为今后在该地层中修建桥梁基础提供了依据。     

并桥位新建桥梁对既有桥梁桩基的影响分析

以某新建黄河公路大桥为工程背景,针对新建桥梁与既有桥梁并桥位建设,新旧桥梁桩基距离近的结构特点,采用岩土数值模拟方法对新建桥梁施工及运营期既有桥梁基础变形及受力的影响规律进行分析研究。结果表明,新建桥梁建成后,既有桥在运营荷载作用下基础平均沉降值为2.7 cm,最大横桥向变形值1.2 cm。施工期不均匀沉降值1.4 cm,桩基受力增大10%,桩身最大压应力为8.68 MPa,承台最大拉应力为1.18 MPa,既有桥桩基变形量及桩基承载力满足设计及规范限值要求。