双线地铁盾构隧道的拟静力弹塑性抗震分析∗

目前地铁抗震设计规范中常用的地下结构抗震设计方法主要是位移响应法和应变传递法。这两种方法都是基于弹性假设,不能体现土体和地下结构的非线性。在刘晶波提出的地下结构Pushover分析方法的基础上,利用自主编制的一维土层地震反应分析软件APALS给出了随着地震动幅值增大而逐渐变化的地震荷载加载模式,并针对实际的双线地铁盾构隧道进行了拟静力弹塑性抗震分析,对其抗震性能进行了评价。结果表明:(1)隧道内力趋于一个极限值;(2)隧道的内力在θ=45°、135°、225°和315°的位置最大;(3)在隧道尚未破坏时,隧道周围的土层已经先达到破坏状态。     

地铁车站结构地震反应分析的子结构法

对 1 995年日本阪神地震中地铁车站的破坏现象进行了研究 ,分析了地铁车站的地震破坏机理 ;采用二维子结构分析方法和软件SASSI2 0 0 0 ,分别对水平向和竖向地震动作用下神户大开地铁车站结构的地震反应进行了数值模拟分析。首先采用SHAKE91程序计算自由场土体的动剪切模量和阻尼比 ,在SASSI2 0 0 0中不再考虑土体的非线性 ,在建模时把地铁车站上方的土体作为车站的附属结构。把本文的计算结果与 1 995年阪神地震中该车站的震害进行了详细的对比分析 ,发现本文所得的大开地铁车站地震反应规律与其震害完全吻合 ,本文的计算结果能够合理的解释神户大开地铁车站的各种震害现象。因此 ,本文对地下车站的抗震设计具有一定的参考价值和指导意义     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

浅埋地铁车站的抗液化上浮改进措施数值分析

在强震中,位于饱和可液化地基中的地铁车站会因土层液化而发生上浮灾害,已有的抗液化上浮措施都具备一定减小结构上浮的效果,但仍有改进的空间。本文采用FE-FD耦合方法,分析了在地铁车站周围设置钢板桩截断墙、碎石土排水层及改进的截断墙和改进的碎石排水层措施的地震上浮响应情况,对比了各措施的抗上浮效果,并分析了其工作机理。结果表明:在地铁车站周围设置碎石土层和截断墙的方式都能在一定程度上抑制地铁车站上浮,其中改进的碎石土层和改进的截断墙措施的抗上浮效果都要优于其同类别的方式。改进碎石土层措施主要是通过抑制土层的超孔隙水压力累积来起到抗上浮的作用,而设置改进截断墙方法是通过抑制土体液化后的流动变形来减小结构的上浮。在这两种改进措施中,改进的截断墙方式在不同地震强度作用下其抗上浮效果都更明显,但结构加速度响应的放大效应显著。此外,这两种改进措施对结构的最大剪力和最大弯矩影响较小,但会削弱地铁站结构中柱的最大轴力,这对结构的抗震是有利的。     

上盖一体化地铁车站结构非线性地震响应分析∗

基于 ABAQUS 软件建立了地下地铁车站?土?上盖建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,计算分析了上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律和破坏机理,探讨了上盖一体化地铁车站结构与单体车站结构地震响应的差异。结果表明：地铁上盖一体化结构体系各阶自振频率与自由场地较为接近,地铁上盖结构的存在对场地动力特性的影响较小;强震作用下,一体化地铁车站结构的损伤破坏区域主要是车站各层楼板和墙柱的交接位置,尤其是中柱和侧墙顶底部的损伤最为严重;单体车站与上盖一体化地铁车站结构地震响应规律存在一定差异,上盖一体化地铁车站结构的地震反应略小,其中,上盖地铁车站结构的地震响应同时受上盖结构和周围土体介质的影响, 上盖结构对上盖地铁一体化区域的影响显著,周围土体对上盖地铁非一体化区域的影响显著。     

基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取∗

旨在研究基于增量动力分析(IDA)方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于 ABAQUS/Standard 软件平台,建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型,选取了 44 条远程地震动加速度时程曲线为基准库,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA 为地震动强度指标,绘制了 IDA 曲线簇并计算得到了不同工况的 50% 分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本规模会显著影响地下结构基于 IDA 方法的地震易损性分析结果,随着评估性能水准等级的提升,地震动记录所带来的影响会越大。研究表明,基于 IDA 方法的地下结构地震易损性分析应不少于 12 条地震动记录,最佳输入地震动记录条数为 28 条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。     

地铁荷载引起的盾构隧道及土层长期沉降研究

在软土地区,投入运营的地铁盾构隧道会因各种原因产生长期沉降,构成影响隧道结构和运营安全的关键问题,而地铁荷载被认为是影响隧道长期沉降的重要因素之一。基于此,以上海地铁一号线为例,采用有限差分软件FLAC3D建立土层-隧道-道床的三维模型,采用人工数定激励函数来模拟地铁列车荷载,通过编写FISH语言施加动载,在不考虑及考虑地下水影响两种工况下,分别进行动力计算及动力流-固耦合计算,最后结合经验拟合模型计算出长期沉降量,分析了列车荷载对隧道及周围软土长期沉降的影响规律。     

城市地下结构抗震研究进展

城市地下结构,尤其是隧道、地铁、地下车站、地下管线系统,是现代社会公共基础设施的重要组成部分。考虑到城市地下结构对生命和经济的重要性,对城市地下结构进行适当的抗震设计是非常必要的。通常认为地下结构的抗震性能优于地面结构,然而在近年的大地震中,已有城市地下结构严重破坏甚至完全坍塌的多个案列报道。报道介绍了工程师在地下结构地震效应设计中所采用的定量方法,而这些新近的震害现象也揭示了现行抗震设计方法的一些重要缺陷。讨论和强调了改进地下结构地震性能和设计的最主要需求。认识到地下结构受到强地震引起的地基变形和扭曲而非惯性力作用,以及地下结构特殊的几何构型和概念特征使得其地震行为和性能与地面结构存在很大差异,是非常重要的。从简单的解析弹性方法到复杂且物理意义更精确的整体动力数值方法,目前有多种有效的地下结构抗震分析方法。对地下结构震害、动力离心机和振动台模型试验,以及工程师在地下结构抗震分析中可能遇到的有效设计与分析方法等方面涉及的重要问题进行了简要和全面的回顾。     

大型十字换乘车站结构地震响应及空间效应分析∗

由于换乘地铁车站结构在地下交通线网中发挥重要作用,且其相对于单体地铁车站具有结构复杂、三维不规则等特性,是典型的空间结构,不能采用平面模型进行分析,因此极有必要探讨大型十字换乘站的抗震性能。基于某大型十字换乘地铁车站,分别建立自由场、单体地铁车站、十字换乘地铁车站三维有限元模型,对比分析单体车站与换乘站结构的抗震性能差异,换乘站结构在不同地震动输入方向作用下的地震响应及其空间效应的影响范围。结果表明：(1)相对于单体车站,换乘站结构及其周围土体加速度响应、相对位移均小于单体车站,表明其整体抗震性能优于单体车站;(2)换乘站空间效应受地震动输入方向的影响较小,其中端墙的影响范围为 B,十字换乘节点的影响范围为 3B/2(B 为结构宽度)。     

土-大型地铁地下车站结构动力接触效应研究

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,考虑土与地铁车站结构非线性动力相互作用效应,分析了土与地下结构接触面的动力分离与滑移效应、土与地下结构接触面上动土压力和动摩擦力的分布规律与反应幅值,以及动力接触效应对地铁车站结构动力反应的影响规律。研究结果表明:强地震发生时,在地铁地下车站结构侧墙顶端,出现了土与结构接触分离现象,在车站结构顶底板处,土与结构产生了相对滑移现象;考虑动力接触效应时,地下结构总体动力反应是变小的。给出了车站结构侧墙上动土压力分布规律及其动土压力系数,以及车站结构顶底板上的动土压力分布规律及其反应幅值。研究结果对进一步了解土与地下结构的动力接触效应及其对地下结构动力反应的影响,具有一定的参考价值和指导意义。     

南京新近沉积淤泥质土震陷特性试验研究

震陷是地基基础的主要震害之一。目前已建立了若干经验公式来估算土的永久应变势,但是已有的经验公式参数较多,需要做大量的试验才能确定这些参数。本文通过英国WFI振动三轴仪对南京新近沉积淤泥质土做了一系列的震陷试验,得到了不同围压、固结比和轴向动应力下的试验结果。分析发现,对不同围压和固结比,基于最大往返剪切作用面的概念,在双对数坐标系中轴向动应力与循环振动次数的关系可通过最大往返剪切作用面上的动剪应力比实现归一化,即仅做一个围压和固结比的试验即可得到土的全部震陷参数;结合前人提出的永久应变势经验公式,推出计算南京新近沉积淤泥质土的简化经验公式,其结果能较好地模拟土的震陷特性,在永久应变达到4%时,该土的永久应变急剧增长。     

天津Z2线工程软土场地震陷分析∗

天津Z2线轨道交通工程地处滨海软土地区。基于《软土地区岩土工程勘察规程》中简化的分层总和法,采用一维土层非线性地震响应分析程序EERA替代Seed经验公式计算土层的动应力,同时采用修正的软土残余应变势简化计算公式,开展了天津Z2线全部98个钻孔的软土震陷计算。结果表明,地表震陷主要源自较浅土层,地表深度20 m以下的震陷可不考虑;隧道由地下线过渡到高架线的上升段震陷较大,应考虑采取防控措施;场地震陷主要由淤泥质土层产生,占地表震陷的70%～80%以上。研究对于类似工程具有一定参考价值。     

交通荷载作用下饱和软粘土孔压-应变分析模型

针对交通荷载的作用特点设计了循环三轴试验,进而对交通荷载作用下饱和软粘土的动力特件进行厂研究.结果表明:循环荷载作用下,饱和软粘土存在临界循环应力比,采用孔压曲线所得到的临界循环应力比要小于采用应变曲线所得到的临界循环应力比.当土样不存在初始剪应力时,随着循环次数的增加,土样的应力-应变关系曲线近似原点对称,但随着初始剪应力的增大,应力-应变关系曲线逐渐表现为一系列平行曲线,峰值孔压与循环孔压幅值均逐渐减少;同时,轴应变的发展加快,但循环应变幅值逐渐减小.当循环应力比小于临界循环应力比时,对于同一初始剪应力,不同循环应力比下的孔压比-动应变曲线近似集中在同一条曲线上.通过对试验数据进行回归分析,得到了交通荷载作用下饱和软粘土残余孔压-累积塑性应变关系模型.     

软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基工作状态分析

软土场地碎石桩因具备桩体侧向变形大、超孔隙水压力消散慢的问题,导致出现基础沉降大、土体固结排水速度慢等工程病害。路堤下采用加筋碎石桩复合地基是处理软土场地的主流方法。本文采用二维有限元方法,建立考虑路堤填筑过程的软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基数值模型,探讨了加筋碎石桩复合地基承载力的影响因素。基于达西定律和比奥固结理论,分析高地下水位场地条件下加筋体刚度和桩数对加筋碎石桩复合地基工作状态的影响规律。研究表明:增大褥垫层厚度和减小褥垫层模量均能够提高桩土应力比,改善桩顶应力集中的问题。与传统碎石桩相比,高地下水位条件下加筋碎石桩复合地基中超孔隙水压力消散速率快,桩数增加可以有效提高复合地基排水速率。     

地铁地基液化变形的影响因素研究

研究了一些对地铁隧道抗震稳定有较大影响的因素。例如,地铁隧道的整体平均容重和地铁隧道的埋深,尽管它们对地基的孔隙水压力发展影响不大,但却对地铁隧道的震后残余变形影响相当显著。还有,砂性土中粘性土的含量多少对砂性土的动力行为有直接而显著的影响。最后,从能量的角度分析了输入不同地震波的地铁地基土层动力反应的差异。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

深厚软弱场地地震反应特性研究

以南京、盐城、上海的 3个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表 ,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。首先 ,利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的GZZ 1自振柱试验机 ,对 3个典型场地的原状土样进行试验研究 ,获得了各类典型土的动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化曲线 ;其次 ,选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动 ,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为 0 .35m/s2 ,0 .70m/s2和 0 .98m/s2 ,利用程序SHAKE91对 3个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的 2 7种组合的地震反应分析。数值分析表明 :场地条件和基岩输入地震动特性对土层的地震加速度放大效应有显著影响 ,地表处的地震加速度放大系数随着输入地震波峰值的增加而减小 ,土层内部的这种规律性不如地表处表现得明显 ;地表软弱土的存在使土层地表处的地震加速度放大系数急剧增大 ,场地内部软弱土夹层处的地震加速度放大系数急剧增大 ,强震时易失效 ;互层土特殊的层理构造会造成该土层的剪应变幅值急剧增大。     

地震作用下地铁车站结构的动力变形响应研究

研究地铁车站结构在地震作用下的变形,对地铁的建设和安全运营有着重要的现实意义。本文进行了北京地区土层中典型地铁车站结构的振动台试验,并使用FLAC2D对试验进行模拟分析,得到了在地震作用下地铁车站结构的变形响应规律。结果表明:地铁结构的变形峰值随地震强度的增加而增加;结构中柱的峰值应变和峰值挠度曲线曲率,两端大、中间小;侧墙峰值挠度曲线的各点曲率为常数,这是因为侧墙与顶底板组成的箱形结构整体刚度大,难以发生破坏;中柱底端应变呈正负循环变化,侧墙的应变曲线与受冲击荷载的变形曲线相似。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

可液化地基中隧道上浮的模型试验研究∗

地下隧道在修建过程中不可避免会穿越可液化地层,在地震作用下会发生砂土液化从而导致结构破坏。以安徽省亳州市汤王大道过河隧道工程为背景,采用室内振动台试验进行缩尺模型的设计与研究,分析地基土体与隧道结构的振动液化响应规律,研究过河隧道工程在地震液化时的上浮变形机理。结果表明：上层土体达到液化时会较下层延迟1.5 s 左右,表明上部土体抗剪强度的衰减比下部土体更加明显;土体深度越大,超静孔压上升越快,且峰值越高;振动开始时由于下层土体先液化,会导致一定的向下位移,之后由于浮应力大于有效承载力导致隧道逐渐上浮并趋于稳定,当振动结束后位移的上浮量为8.9 mm。