考虑地震液化的浅埋地下结构动力响应分析

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浅埋地下结构,如检查井,地下管线,地下综合管廊等,广泛应用于城市基础建设。随着我国城镇化和经济社会的发展,我国浅埋地下结构工程建设已进入大规模发展的黄金阶段。历史上多次地震,尤其是日本“311”地震的震害表明,浅埋地下结构因地震液化发生的上浮破坏,对城市功能的正常运转造成了严重的影响。我国受环太平洋地震带和地中海一喜马拉雅地震带的影响,地震活动频繁而强烈,根据现行地震烈度区划图,我国大部分城市为地震设防区。因此,深入研究浅埋地下结构的震害机理,研究能使浅埋地下结构在地震时功能损伤最小的设计方法,有着很重要的现实意义。  本文基于有效应力弹塑性本构PM4Sand模型,利用有限差分程序FLAC对液化场地浅埋地下结构在地震作用下的动力响应进行了非线性分析,得到了一些具有实际应用价值的重要结论,主要研究工作和成果如下:  (1)通过自由场液化数值试验对比分析证实,与FLAC中自由的Finn模型这种“弱耦合”方法相比,完全耦合的有效应力分析模型PM4Sand模型,描述土体液化的影响较为合理,可更好地描述地震液化响应。  (2)基于有效应力弹塑性本构PM4Sand模型利用有限差分程序FLAC,对液化场地浅埋地下结构在地震作用下进行的动力响应分析的结果表明:地震液化极易引起浅埋地下结构的上浮,上浮与超静孔隙水压力密切相关,上浮影响范围约为2倍结构直径,浅埋结构的上浮机理存在孔隙水迁移机理和粘滞流动机理,结构体系对液化场地的加速度具有放大效应。  (3)当上覆土体厚度相同时,上浮量随结构直径增大而增大;当结构大小相同时,上浮量随结构埋深增大而减小;浅埋地下结构上浮位移随深径比增加而减小,当深径比大于2∶1时,结构大小的影响趋于一致;上浮位移随着结构密度的增加呈减小趋势;当径厚比小于某一定值时,上浮位移增加的幅度比较小,但径厚比减小到某一数值时后将趋于某一固定值;水位对结构上浮影响较大,水位越高,上浮越严重。
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