埋深對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震液化響應(yīng)的影響

Word版本，下載可自由編輯埋深對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震液化響應(yīng)的影響下面是我給大家?guī)?lái)關(guān)于埋深對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震液化響應(yīng)的影響，以供參考。

應(yīng)用非線性液固兩相體動(dòng)力有限元辦法討論飽和可液化土中地下結(jié)構(gòu)在水平地震作用下埋深的響應(yīng)。分析了地震液化狀況下地下結(jié)構(gòu)埋深對(duì)于結(jié)構(gòu)上浮、加速度、水平位移以及響應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響,研究了非液化土中地鐵地下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)隨埋深的影響。結(jié)果表明,埋深的增強(qiáng)可以削減地鐵地下結(jié)構(gòu)因?yàn)橥馏w液化所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)上浮;同時(shí),雖然地下結(jié)構(gòu)地震作用所導(dǎo)致的內(nèi)力隨著埋深的增強(qiáng)有小幅度的升高,但因?yàn)樯盥竦罔F地下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度往往比淺埋的為高,因此在相同水平地震的作用下,淺埋地鐵結(jié)構(gòu)可能越發(fā)危急。

在地震作用下,地下結(jié)構(gòu)在不同埋深狀況下的地震響應(yīng)不同,而位于飽和可液化土中的地下結(jié)構(gòu),因?yàn)榈卣鹨夯淖饔?其在不同埋深下的響應(yīng)越發(fā)復(fù)雜。對(duì)于埋深影響的討論,目前基本局限于非液化土中的地下結(jié)構(gòu)[1],而對(duì)于飽和可液化土中的大型地鐵地下結(jié)構(gòu)的討論目前尚為空白。本文在文[2]的基礎(chǔ)上,應(yīng)用非線性固液兩相體動(dòng)力有限元辦法,以地鐵車站為例討論在水平地震作用下地下結(jié)構(gòu)在不同埋深下的地震液化響應(yīng)。作為比較,本文還將分析在非液化土中地鐵地下結(jié)構(gòu)地震作用的埋深影響。利用計(jì)算分析,解釋了地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算地震內(nèi)力隨埋深略有增強(qiáng),而其震害往往隨埋深增大而減小這一貌似沖突的現(xiàn)象。

1有限元模型

本文所采納的有限元模型與文[2]所采納的模型類似。分析所用軟件為非線性液固兩相體動(dòng)力有限元軟件DIANA-SWANDYNEII[3]。假定土體為飽和松砂,砂土的動(dòng)力特性應(yīng)用Pastor-ZienkiewiczIII廣義塑性模型模擬[4],所采納的模型參數(shù)見(jiàn)表1[5]。飽和土與地下結(jié)構(gòu)的接觸面應(yīng)用可模擬滑移、脫開(kāi)以及閉合等非線性特性的薄層滑移單元模擬,其本構(gòu)特性遵從Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則,模型參數(shù)如表1所示。假定地下結(jié)構(gòu)的材料為線彈性,彈模為3.0×107kPa,Poisson比為0.2。

計(jì)算模型的尺寸為300m×70m。共討論了4種不同的埋深:4m、7m、10m和13m。為了具備可比性,各個(gè)模型的網(wǎng)格除了地下結(jié)構(gòu)的位置不一樣以外,其他徹低全都。飽和土體中的固相與液相為8—4組合的平面應(yīng)變等參元,滑移單元也用8—4組合的平面應(yīng)變等參元舉行模擬,而地下結(jié)構(gòu)的有限元為8結(jié)點(diǎn)固體等參元。舉行非液化土分析時(shí),模型的網(wǎng)格與耦合分析的網(wǎng)格全都,只是在同一位置的單元為8結(jié)點(diǎn)等參固相單元。模型的底部邊界為剛性邊界,側(cè)面邊界為捆綁邊界,即左右邊界相同標(biāo)高點(diǎn)的位移全都。

地震波由模型底部以水平剪切波的形式輸入,所用的地震為折減的1995年神戶地震的東西重量,地震持續(xù)時(shí)光t=30s,地震的峰值強(qiáng)度折減為0.3g,周期特性保持不變。

土體的阻尼除了動(dòng)力本構(gòu)模型所模擬的滯回阻尼以外,考慮5%的Rayleigh阻尼;地下結(jié)構(gòu)的阻尼為5%的Rayleigh阻尼。4個(gè)模型的Rayleigh阻尼是全都的。

在動(dòng)力分析之前,舉行靜力分析,獲得地下結(jié)構(gòu)及土體在自重作用下的應(yīng)力及靜水壓力,作為動(dòng)力分析的初始條件。舉行靜力分析時(shí),忽視施工等因素的影響,也沒(méi)有考慮地下結(jié)構(gòu)所受的其他荷載。

2埋深對(duì)上浮響應(yīng)的影響

地鐵地下結(jié)構(gòu)在地震液化作用下的上浮響應(yīng)是一種嚴(yán)峻的破壞,必需實(shí)行措施予以控制。下面研究埋深對(duì)于地鐵地下結(jié)構(gòu)上浮響應(yīng)的影響。

在不同埋深下,地鐵車站上浮的比較。地鐵上浮隨時(shí)光的變化趨勢(shì)基本相像,但隨著埋深h的增大,結(jié)構(gòu)的上浮量d顯然削減。上浮量d與埋深h基本成線性關(guān)系,在埋深為4m時(shí),上浮量達(dá)44cm,而埋深為13m時(shí),上浮量才17.6cm。

這個(gè)結(jié)果說(shuō)明,埋深對(duì)于緩解地震液化的上浮破壞是有很大協(xié)助的。其緣由是因?yàn)橥翆拥囊夯潭入S著深度的增強(qiáng)而減小,從而削減因?yàn)橥馏w液化而導(dǎo)致的上浮量。地鐵車站中軸線正下方4.9m處不同埋深的歸一化超靜水壓u/σ′v0的時(shí)程曲線,可以看出該處土體的液化程度隨著埋深的增強(qiáng)而削減。

3結(jié)構(gòu)的加速度與水平位移

在地震液化狀況下,地下結(jié)構(gòu)上的加速度與水平相對(duì)位移受埋深的影響不大。地鐵頂部中點(diǎn)的最大加速度amax與埋深h的關(guān)系;所示為地鐵左側(cè)墻頂板位置與底板位置之間的最大相對(duì)位移可以看出,隨著埋深的加大,水平相對(duì)位移與加速度都有一定的增強(qiáng),但幅度不大。

4結(jié)構(gòu)內(nèi)力

本文所舉行的分析為平面應(yīng)變分析,因此所討論的內(nèi)力為分析平面內(nèi)的內(nèi)力沒(méi)有考慮地鐵縱向的內(nèi)力。因?yàn)楸疚牡叵陆Y(jié)構(gòu)用實(shí)體單元舉行模擬,其內(nèi)力由位移結(jié)果間接得到,所采納的辦法參見(jiàn)文[2]。地鐵車站結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力浮現(xiàn)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的交接處。

地鐵車站一些部位的最大彎矩Mmax,最大軸力Nmax和最大剪力Qmax。為了能夠清晰的了解埋深對(duì)地震作用的影響,單純地震作用與地震與靜力共同作用所導(dǎo)致的內(nèi)力比較。

地鐵車站右側(cè)墻中在靜力與地震共同作用下的彎矩隨著埋深的增強(qiáng)而顯然加大,但是地震作用所導(dǎo)致的彎矩增強(qiáng)很少;地鐵車站底板的軸力也有類似于側(cè)墻彎矩的趨勢(shì),在地震作用下,底板軸力增強(qiáng)的趨勢(shì)不顯然;左側(cè)墻的在地震作用下的剪力與埋深基本沒(méi)有關(guān)系,而靜力與地震共同作用導(dǎo)致的剪力隨著埋深的增強(qiáng)顯然升高。在靜力作用下,中柱的剪力和彎矩為零;而在地震作用下,中柱的剪力隨埋深的增強(qiáng)基本不變,而彎矩也惟獨(dú)很小的增幅。本文沒(méi)有給出其他位置的內(nèi)力,但它們也有類似的現(xiàn)象。

5非液化土中地鐵車站的地震響應(yīng)

作為比較,本文還討論了非液化土中地鐵車站結(jié)構(gòu)，地震下的動(dòng)力響應(yīng)。所討論的埋深也是4m、7m、10m和13m。

可以看出,在地鐵車站左側(cè)下部的土體加速度隨著埋深的增大而增大,增大幅度較大;而左側(cè)上部的土體加速度隨著埋深的加大而減小,但減小的幅度較小。因?yàn)樽饔糜诘罔F車站的動(dòng)土壓力源于土體的加速度,其隨埋深變化趨勢(shì)也是如此。這個(gè)計(jì)算結(jié)果與文[1]的試驗(yàn)結(jié)果是吻合的。

非液化土地鐵車站結(jié)構(gòu)最大內(nèi)力浮現(xiàn)的位置也是結(jié)構(gòu)的交接處。地鐵車站右側(cè)墻的最大彎矩Mmax與中柱最大剪力Qmax隨埋深的變化。隨著埋深的增強(qiáng),靜力與地震共同作用導(dǎo)致的內(nèi)力呈升高趨勢(shì);假如扣除靜力的作用,地鐵結(jié)構(gòu)的動(dòng)內(nèi)力也有一定幅度的升高。與飽和可液化土中的地鐵車站結(jié)構(gòu)的內(nèi)力比較,非液化土中的內(nèi)力更大。但是這并不能說(shuō)明在可液化土中的地鐵結(jié)構(gòu)更平安,由于在可液化土中的地鐵結(jié)構(gòu)會(huì)浮現(xiàn)因?yàn)橐夯鴮?dǎo)致的破壞,如上浮。

6研究

在地震作用下,地鐵車站結(jié)構(gòu)因?yàn)榈卣鹋c靜力共同作用所導(dǎo)致的內(nèi)力大都隨著埋深的增強(qiáng)而加大,其中由地震所致的內(nèi)力,有些也會(huì)有一定程度的升高。但是,在地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,假如埋深較大,結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會(huì)增強(qiáng),因此埋深大的地下結(jié)構(gòu)極有可能更不簡(jiǎn)單破壞。在地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位地震所致內(nèi)力與地震和靜力共同作用所致內(nèi)力的比值r?？梢钥闯?這比值隨著埋深的增強(qiáng)而顯然減小。這說(shuō)明,地鐵地下結(jié)構(gòu)埋深大時(shí)的平安度有可能更高。而地鐵結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例說(shuō)明,因?yàn)橹兄诩袅皬澗刈饔孟碌钠茐亩斐身敯逄堑罔F車站結(jié)構(gòu)破壞的主要形式之一[6]。在飽和可液化土中,中柱的動(dòng)內(nèi)力與埋深關(guān)系不大,但埋深大的地鐵車站中柱強(qiáng)度會(huì)更高,因此,埋深淺的地鐵車站結(jié)構(gòu)破壞的可能性更大。在非液化土中,地鐵車站中柱的剪力有一定幅度的升高(彎矩也有類似趨勢(shì)),但是假如考慮深埋地鐵車站中柱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于淺埋的中柱強(qiáng)度,淺埋的地鐵車站中柱還是有可能更簡(jiǎn)單破壞。

本文只考慮地下結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的動(dòng)力響應(yīng),未考慮地震所致面波的作用。假如考慮這種因素,淺埋地下結(jié)構(gòu)的破壞可能會(huì)越發(fā)嚴(yán)峻。

7結(jié)論

本文討論了不同埋深下地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震液化響應(yīng),作為比較,也分析了非液化土中地鐵結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)與埋深的關(guān)系。按照分析的結(jié)果,可以得到下列結(jié)論:

1)埋深的增強(qiáng)可以削減地鐵地下結(jié)構(gòu)因?yàn)橥馏w液化所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)上浮。

2)在水平地震的作用下,可液化土中的地鐵地下結(jié)構(gòu)地震作用所導(dǎo)致的內(nèi)力隨著埋深的增強(qiáng)有小幅度的升高,或者基本不變。

3)在水平地震的作用下,非液化土中地鐵地下結(jié)構(gòu)由地震所致內(nèi)力隨著埋深的增強(qiáng)有一定幅度的升高。

4)因?yàn)樯盥竦罔F地下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度往往