岩石边坡地基对地下室侧向约束模型试验及约束机理研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rainbow03262009
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随着建筑业的快速发展,城市用地日趋紧张,在山地城市建设过程中经常会遇到在岩石边坡上修建房屋的情况。在边坡上修建房屋,为确保房屋的稳定需要考虑岩石边坡地基自身的稳定性,对于带地下室的高层建筑,还需要考虑在地震工况下周围岩土体对房屋的约束能力。地震作用下地下室与周边岩体是一个相互作用体系,周边岩体对地下室侧向约束作用对高层建筑嵌固端的选取和结构内力计算具有重要影响。现行规范主要通过刚度比的要求和一些构造措施来区分有无周边约束作用,但并没有明确的计算方法来衡量地下室所受约束作用的强弱,特别是岩石边坡地基,同传统的半无限空间地基对地下室的侧向约束作用明显不同。本文结合理论分析、振动台模型试验以及数值模拟开展了岩石边坡地基对地下室的约束作用研究。论文的主要研究内容及取得的成果如下:(1)提出了岩石边坡地基上地下室侧向约束作用大小取决于临坡侧的岩石边坡滑动破坏和背坡侧的地基岩体强度破坏两种模式。建立了带地下室的顺层岩石边坡地基计算模型,通过分析顺层岩石边坡发生地基强度破坏和边坡滑动破坏机理,提出了地下室所受的最大约束力确定方法。基于顺层岩石边坡滑动破坏时地下室最大约束力计算公式,综合考虑临坡距、坡高、坡角、结构面强度参数等因素的影响,提出采用水平抗力系数k来衡量顺层岩石边坡地基对地下室的约束能力。推导了岩石边坡地基中地下室结构的内力和位移的计算公式,并分析了不同水平抗力系数对结构内力和位移的影响。(2)按照1:20相似比开展振动台模型试验,通过输入不同类型和不同振幅的地震波,测试分析坡顶建房与建房后切坡两种工况边坡坡面加速度响应、顺层岩石边坡地基破坏模式以及地下室侧壁的受力特征,研究了岩石边坡地基对地下室的侧向约束作用。试验结果表明,坡顶建房与建房后切坡两种不同工况所对应的坡面加速度响应规律基本一致,随着输入地震波峰值加速度的不断增加,加速度响应也在不断增大,加速度放大系数随着高程的增加而逐渐增大,呈现出一定的高程效应。分析了在地震作用下坡顶建房与建房后切坡两种工况的岩石边坡地基破坏过程以及破坏模式。对于坡顶建房和建房后切坡情况,均随着地震波幅值增大,岩石边坡地基地下室临坡侧结构面上方岩体出现错动,地下室与岩体间缝隙逐渐增大,结构面上方岩体沿着结构面产生向下滑移,最后由于坡脚出现剪应力集中现象而发生剪切挤出破坏。坡顶建房与建房后切坡两种不同工况下地下室侧壁的应力分布形式表现出明显差异,地下室侧向岩石压力随着地震幅值的增加而增加,但沿着深度的方向,坡顶建房工况地下室侧壁中间点处的岩石压力最大。建房后切坡工况中,切坡前地下室侧向岩石压力沿着深度方向近似呈线性增加,而切坡后地下室侧壁的岩石压力有所减小,且沿着深度的方向表现为上大下小。(3)基于FLAC3D有限差分软件建立岩石边坡地基对地下室侧向约束作用数值分析模型,分析了坡顶建房工况的加速度响应规律、边坡变形机制以及地下室侧壁的受力特征,得出数值模拟结果与振动台模型试验结果基本吻合。通过控制变量法改变地下室临坡距、边坡坡高、坡角以及结构面强度参数等影响因素,采用归一法对岩石边坡地基水平抗力系数进行敏感性分析。结果表明,在确保边坡不沿结构面发生滑动的前提下,结构面强度参数对水平抗力系数影响较小,岩石边坡地基水平抗力系数主要影响因素的程度排序为:坡高>临坡距>坡角。(4)在敏感性分析结果的基础上,进一步开展地下室不同临坡距和边坡坡高对地下室的约束作用研究。通过回归分析得出岩石边坡地基水平抗力系数与坡高、临坡距之间的函数关系式,明确了岩石边坡地基对地下室约束作用强弱的确定方法,进而为地震作用下岩石边坡地基上的高层建筑嵌固端的选取和结构内力计算提供了理论依据。
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