【摘 要】
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地裂缝作为一种分布范围广、致灾性强且防治难度高的典型缓变型地质灾害,对场地内的房屋、道路、桥梁及地下管廊等建、构筑物均可造成严重破坏,其防灾减灾研究一直以来都是城市用地合理规划和高效安全利用的重点和难点问题。我国汾渭盆地是全球范围内地裂缝发育数量最多、规模最大且破坏性最强的地区之一。现有研究主要致力于解决地裂缝的发育分布规律、活动特征、成因机制及其致灾机理等问题,有关地裂缝场地的动力响应特征及其防
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地裂缝作为一种分布范围广、致灾性强且防治难度高的典型缓变型地质灾害,对场地内的房屋、道路、桥梁及地下管廊等建、构筑物均可造成严重破坏,其防灾减灾研究一直以来都是城市用地合理规划和高效安全利用的重点和难点问题。我国汾渭盆地是全球范围内地裂缝发育数量最多、规模最大且破坏性最强的地区之一。现有研究主要致力于解决地裂缝的发育分布规律、活动特征、成因机制及其致灾机理等问题,有关地裂缝场地的动力响应特征及其防震减灾研究一直是地裂缝研究领域的薄弱环节。由于缺乏场地实测地震动数据的支持,现行规范《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》(DBJ61–6–2021)和《建筑抗震设计规范》(GB50011–2010)均规定地裂缝场地的抗震设防烈度不予提高,这可能使场地内的建、构筑物面临暂未可知的震害威胁。本文依托国家自然科学基金项目“汾渭盆地典型地裂缝动力场地效应对比研究”,以汾渭盆地典型地裂缝为研究对象,在前期地裂缝调查、勘探和成因机理研究等工作基础上,在大同盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地和渭河盆地选取了18条典型地裂缝开展系统的地脉动测试工作。共布设地脉动测线24条,测点450个,总计记录地脉动数据近100小时。首先,结合直接傅里叶变换分析、HVSR(Horizontal to Vertical spectral ratio)单点谱比分析、加速度反应谱分析以及Arias烈度分析,揭示了各典型地裂缝场地动力响应及其放大效应的基本特征;其次,以远离地裂缝的原场地频谱和烈度峰值为参考,得到了场地放大效应的放大因子。并通过拟合分析,揭示了场地放大效应的衰减规律,建立了场地放大效应的经验公式,划分了放大效应的影响范围。再次,通过典型地裂缝场地的地震动响应数值分析,讨论了场地地震响应放大效应的影响因素,分析并揭示了场地地震动放大效应的基本规律并建立其衰减公式,综合实测地脉动分析结果,给出了地裂缝场地的抗震设防基本烈度以及设防范围;最后,通过数值分析,揭示了地裂缝场地内隧道和地下车站等地下结构的内力、位移、变形、土压力和土–结构滑移量等响应基本特征,总结了结构响应放大效应变化规律及其影响因素,给出了地裂缝场地地下结构设计基本地震加速度以及设防范围。研究表明:(1)地裂缝场地内地脉动的频带宽带、卓越频率等特性基本一致,不受场地内地裂缝发育的影响。而傅里叶谱峰值、H/V谱比峰值、加速度反应谱峰值和Arias烈度均在地裂缝附近显著增大。且峰值放大效应随着远离地裂缝呈规律性衰减,在20 m左右开始趋于平稳。对于具有正断特性的地裂缝,其场地放大效应具有明显的上盘效应。(2)根据地裂缝场地动力响应放大因子衰减过程,可将地裂缝场地划分为三个风险区:影响范围以外的安全区,放大因子1.5倍以下的低风险区以及放大因子1.5倍以上的高风险区。五个盆地中典型地裂缝场地内地脉动响应放大效应影响范围基本一致,均在21–24 m左右。(3)不同类型的地裂缝场地放大效应差异性明显。其中,Ⅰ型(盆缘断裂继生地裂缝)场地放大效应最强烈且影响范围最大,其上、下盘的高风险区范围分别为11.1 m和6.0 m,最远影响范围为24.2 m和23.0 m;Ⅱ型(盆内隐伏断裂派生地裂缝)场地放大效应次之,其上、下盘的高风险区范围为7.3 m和5.7 m,最远影响范围分别为23.2 m和21.0 m。Ⅲ型(浅表拉张小规模地裂缝)场地内的放大效应均在1.5倍以内,最远影响范围为23 m且没有上盘效应。(4)穿越地裂缝隧道、邻近地裂缝隧道截面和邻近地裂缝地下车站等结构的内力、位移、变形、土压力和土–结构滑移量在地震作用下具有明显放大效应。其中,地裂缝与场地内穿越结构之间水平夹角越小,结构与地裂缝之间水平距离越近,其动力响应放大效应越强烈。与场地地表响应相同,结构响应放大效应仅随地震动强度的提高而增强。(5)根据场地放大效应基本特征及其变化规律,总结出了三类典型地裂缝场地基本设计地震加速度、设防烈度以及设防范围:Ⅰ型地裂缝场地中,上盘24 m和下盘23 m外以原场地基本设计地震加速度标准值A0设防即可,上盘11–24 m和下盘6–23 m间以1.5A0设防,上盘6–11 m和下盘3–6 m间以2A0设防,而上盘6 m内和下盘3 m内按最高的3A0设防;Ⅱ型地裂缝场地中的各级设防范围均略小于Ⅰ型场地,而在Ⅲ型地裂缝场地中仅需将23 m内的基本设计地震加速度提高到1.5A0即可。结合典型地裂缝场地内地下结构地震响应基本特征,也分别给出了地裂缝场地内地下结构设计基本地震加速度及其设防范围,其中,邻近地裂缝结构的最远设防范围比地表宽10 m左右,穿越地裂缝的隧道按其结构长度进行设防,其上盘设防范围较远且随相交角度的减小而增大。
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