地下结构剖析论文.docxVIP

地下结构的震害高畄成（建筑工程学院 S201404067）摘要：近来有更多的人运用振动台实验的方法研究地下结构的抗震性能以及破坏机理，通过研究液化地基和非液化地基对地下结构抗震性能的影响，来揭示地下结构的地震反应规律和破坏机理，从而为地下结构的定性设计提供依据。同时为了更好的研究地下结构的抗震性能，本文进一步介绍了地下结构抗震的实用方法，包括反应变位法、围岩应变传递法、地基抗力系数法等方法，为定量的研究地下结构的抗震性能提供理论依据。关键词：液化；抗震；地下结构；反应变位法；围岩应变传递法；地基抗力系数法1 研究背景现在城市用地越来越趋紧，地上空间已经越来越难以满足城市快速发展的交通、商业等的需求，因此地下空间的开发和利用越来越得到人们的关注[1]，尤其是大城市所特有的交通病，为了缓解交通紧张的压力，修建大量的地铁、隧道、桥梁等地下建筑越来越迫切。为了保证地下结构的安全，研究地下结构在地震等各种复杂情况下的反应规律是很有必要的。地下结构的破坏有两类：一类是地基失效引起的土体滑移和沉陷，尤其是场地液化导致的地下结构的破坏；二类是地下结构本身设计上的缺陷而导致的破坏[2]。研究液化地基和非液化地基对地下结构抗震性能的影响[3]，有利于对地下结构的安全设计和长久性使用提供理论基础和实验验证。使我们更能清楚的看到液化和非液化地基所具有的潜在的风险，并且针对这些地震反应规律进行有针对性的预防。同时为了更好地理解抗震反应的实用方法，了解地下结构的设计原理和分析原理，在前人的研究的基础上探讨了四种地下结构的抗震反应方法，包括反应变位法、围岩应变法、弹性地基梁法、有限元法等。2 地下结构振动台实验2.1液化地基的地下结构的震害2.1.1 实验概况a实验一[4]：试验的原型为1976年唐山地震中倒塌的胜利桥。地基上部为3m的硬塑亚粘土层，中部为21.5 m厚的冲积饱和砂土层，下部为厚度超过80m的轻亚粘土层。桥墩为钢筋混凝土三柱式单排钻摩擦桩墩。地震时，因地基液化引起桩折断、桥墩整体倒塌。采用振动台为MTS的三向模拟地震振动台进行振动台实验；并且采用层状剪切型模型箱，使结构和土体组成的系统能够发生沿振动方向的剪切变形；实验采用的地震波为El centro波和白噪声两种，以模拟和研究该结构在地震作用下的性能。b实验二[5]：试验选取1个双向单跨的12层框架为上部结构，其梁、柱、板均设计为现浇．基础形式为桩基，桩长为1.2m。上部结构和桩基采用微粒混凝土和镀锌铁丝制作而成。模型土采用普通黄砂，将粗颗粒筛掉，上覆粉质黏土层0.20m，下面饱和砂土为1.30m。在各层土中，饱和砂土是可液化土，上覆粉质黏土后，将更加有利于达到地基土的液化。采用柔性模型箱；试验选用地震波形有El centro波和上海基岩波。c实验一和实验二对比：不同点一：实验一中是桩基，上部结构是桥梁；实验二中是桩基，上部结构是12层框架。不同点二：实验一采用的是层状剪切模型箱；实验二采用的是柔性模型箱。相同点一：都是采用三层土的形式，上部为粘土，地基为砂土。相同点二：都是通过振动台实验来进行研究。2.1.2 地基加速度a实验一:0．15gEl Centro波输入下，地基加速度反应自下而上逐渐增大，这也许是由于在小震激励下，土的结构性破坏较少且孔压不高，土动力变形的线性特征较突出、动力耗能作用较小，因而地基自下而上主要表现为对输入波的动力放大作用。下伏砂土层对加速度的放大作用自下而上在低频段逐渐加大，卓越频率均为1．5 Hz，在中高频段逐渐减小，卓越频率均为17．2 Hz，说明砂土层对中高频地震波有一定过滤作用；上覆粘土层对加速度的放大作用明显减小且过滤部分低频波，但被放大的频带越来越宽且逐渐扩展到中高频段，低频段的卓越频率为4．1 Hz，中。高频段的卓越频率近似为17．2 Hz，在粘土层表面出现明显的多峰值。0．5gE1 Centro波输入下，地基加速度反应自下而上逐渐增大，这主要是由于在较大震激励下，土的结构性绝大部分被破坏或丧失结构性且因孔压迅速上升而很快处于完全液化状态(试验中观察的现象)，液化地基的层间剪切运动加快且加快的速率自下而上逐渐增大，所以地基加速度反应因层间剪切运动(液化土体流动)加快而加大，并且自下而上逐渐增大。下伏砂土层自下而上最先放大与地基卓越频率较近的低频段，并且对加速度的放大作用越来越大，被放大的频带越来越窄，逐渐过滤部分中高频，低频段存在变化于0.9～1.3Hz之间的卓越频率；上覆粘土层也放大与地基卓越频率较近的低频段，但对加速度的放大作用有所减小，被放大的频带有所加宽且有向中高频带扩展的趋势，低频段存在1．1 Hz的卓越频率。b实验二：本实验研究表明，在小震时，地基加速度逐渐变大，场地土对地震动起放大作用；在中震和大震时，由于孔隙水压力的上升，砂土发生了