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1、埋深对地下结构地震液化响应的影响论文.freelb破坏准则,模型参数如表1所示。假定地下结构的材料为线弹性,弹模为3.0×107kPa,Poisson比为0.2。计算模型的尺寸为300m×70m。共研究了4种不同的埋深:4m、7m、10m和13m。为了具备可比性,各个模型的网格除了地下结构的位置不一样以外,其他完全一致。图1给出了埋深为10m时的网格。饱和土体中的固相与液相为8—4组合的平面应变等参元,滑移单元也用8—4组合的平面应变等参元进行模拟,而地下结构的有限元为8结点固体等参元。进行非液化土分析时,模型的网格与耦合分析的网格一致,只是在同一位置的单元为8结点等参固相单元
2、。模型的底部边界为刚性边界,侧面边界为捆绑边界,即左右边界相同标高点的位移一致。地震波由模型底部以水平剪切波的形式输入,所用的地震为折减的1995年神户地震的东西分量,地震持续时间t=30s,地震的峰值强度折减为0.3g,周期特性保持不变,输入地震波如图2所示。土体的阻尼除了动力本构模型所模拟的滞回阻尼以外,考虑5%的Rayleigh阻尼;地下结构的阻尼为5%的Rayleigh阻尼。4个模型的Rayleigh阻尼是一致的。在动力分析之前,进行静力分析,获得地下结构及土体在自重作用下的应力及静水压力,作为动力分析的初始条件。进行静力分析时,忽略施工等因素的影响,也没有考虑地下结构
3、所受的其他荷载。2埋深对上浮响应的影响地铁地下结构在地震液化作用下的上浮响应是一种严重的破坏,必须采取措施予以控制。下面讨论埋深对于地铁地下结构上浮响应的影响。图3给出了在不同埋深下,地铁车站上浮的比较。由图3a可以看出,地铁上浮随时间的变化趋势基本相似,但随着埋深h的增大,结构的上浮量d明显减少。由图3b还可看出,上浮量d与埋深h基本成线性关系,在埋深为4m时,上浮量达44cm,而埋深为13m时,上浮量才17.6cm。这个结果说明,埋深对于缓解地震液化的上浮破坏是有很大帮助的。其原因是由于土层的液化程度随着深度的增加而减小,从而减少由于土体液化而导致的上浮量。图4给出的是地铁
4、车站中轴线正下方4.9m处不同埋深的归一化超静水压u/σ′v0的时程曲线,可以看出该处土体的液化程度随着埋深的增加而减少。3结构的加速度与水平位移在地震液化情况下,地下结构上的加速度与水平相对位移受埋深的影响不大。图5a给出了地铁顶部中点的最大加速度amax与埋深h的关系;而图5b所示为地铁左侧墙顶板位置与底板位置之间的最大相对位移可以看出,随着埋深的加大,水平相对位移与加速度都有一定的增加,但幅度不大。4结构内力本文所进行的分析为平面应变分析,因此所研究的内力为分析平面内的内力没有考虑地铁纵向的内力。由于本文地下结构用实体单元进行模拟,其内力由位移结果间接得到,所采用的方法参
5、见文2。地铁车站结构最大内力出现于结构构件的交接处。图6所示为地铁车站一些部位的最大弯矩Mmax,最大轴力Nmax和最大剪力Qmax。为了能够清楚的了解埋深对地震作用的影响,图中给出了单纯地震作用与地震与静力共同作用所导致的内力比较。由图6a可以看出,地铁车站右侧墙中在静力与地震共同作用下的弯矩随着埋深的增加而明显加大,但是地震作用所导致的弯矩增加很少;地铁车站底板的轴力也有类似于侧墙弯矩的趋势(如图6b所示),在地震作用下,底板轴力增加的趋势不明显;图6c说明左侧墙的在地震作用下的剪力与埋深基本没有关系,而静力与地震共同作用导致的剪力随着埋深的增加明显上升。图6d—e所示为地
6、铁车站中柱在地震作用下的剪力和弯矩。在静力作用下,中柱的剪力和弯矩为零;而在地震作用下,中柱的剪力随埋深的增加基本不变,而弯矩也只有很小的增幅。本文没有给出其他位置的内力,但它们也有类似的现象。5非液化土中地铁车站的地震响应作为比较,本文还研究了非液化土中地铁车站结构在图2所示地震下的动力响应。所研究的埋深也是4m、7m、10m和13m。图7所示为地铁车站左侧土体中的最大加速度相对于地震输入的放大系数fa比较,图中H为距车站底部距离。可以看出,在地铁车站左侧下部的土体加速度随着埋深的增大而增大,增大幅度较大;而左侧上部的土体加速度随着埋深的加大而减小,但减小的幅度较小。由于作用
7、于地铁车站的动土压力源于土体的加速度,其随埋深变化趋势也是如此。这个计算结果与文1的实验结果是吻合的。非液化土地铁车站结构最大内力出现的位置也是结构的交接处。图8给出地铁车站右侧墙的最大弯矩Mmax与中柱最大剪力Qmax随埋深的变化。随着埋深的增加,静力与地震共同作用导致的内力呈上升趋势;如果扣除静力的作用,地铁结构的动内力也有一定幅度的上升。与饱和可液化土中的地铁车站结构的内力比较,非液化土中的内力更大。但是这并不能说明在可液化土中的地铁结构更安全,因为在可液化土中的地铁结构会出现由于液化
