文档介绍：地铁地基液化变形的影响因素研究
摘要: 研究了一些对地铁隧道杭震德定有校大影响的因素。例知,地铁随过的整体平均容重和地铁隧道的理深,尽管它们对地基的孔陈水压力发展影响不大,但却对地铁隧道的震后残余变形影响相当显著。还有,砂性土中粘性土的含量多少对砂性土的动力行为有直接而显著的影响。最后,从能量的角度分析了输入不同地震波的地铁地基土层动力反应的差异。关健词:地铁地基;有效应力分析;地震液化;残余变形
0引言
地铁作为城市交通重要的载体之一,[1],结合《南京市地铁地基地震液化变形及抗震减灾措施研究》项目,对南京地铁进行地震荷载作用下的有限单元法有效应力分析。南京地铁典型计算断面及有限元网格见图1。计算中采用较为复杂但能较好地模拟砂土特性的多重剪切机构模型,关于模型介绍及计算参数见文献[2]。本文研究了一些对地铁隧道抗震稳定有较大影响的因素。例如,地铁隧道的整体平均容重和地铁隧道的埋深,尽管它们对地基的孔隙水压力发展影响不大,但它们却对地铁隧道的震后残余变形影响相当显著。还有,砂性土中粘性土的含量多少对砂性土的动力行为有直接而显著的影响。最后,从频率和能量的角度分析了输入不同地震波导致地铁地基土层动力反应的显著差异[3]。1 地铁浮容重的影响
由于地铁隧道的开挖,隧道附近土体应力有所释放,整个地铁隧道的平均容重将小于水的容重,使得地铁隧道在地震过程中产生相对较大的向上的位移。对地铁地基进行有限元有效应力模拟分析,结果表明加大地铁隧道的整体重量可明显地减少隧道的残余变形,因此它可作为一种经济可行的构造措施运用于地铁的设计。计算时取地铁隧道上方顶点残余变形作为评价标准,结果见图2。从图2可以看出,地铁容重对隧道震后残余变形的影响是显著的,可近似认为它们之间呈线形关系。
在7度地震作用下,在南京地铁地基隧道顶部及拱腰处将发生局部液化现象,加大地铁容重,可有效降低地铁隧道的残余变形。特别当可液化砂层较厚,由于施工机械等原因振动碎石桩无法穿透可液化砂层时,或即使施工上不存在问题但也由于经济方面的原因使得无法全部穿透可液化砂层时,可考虑适当地加大地铁隧道容重来减少震后残余变形,从而获得较大地基抗液化变形稳定效果,增加地震地基液化时的隧道抗上浮能力。
2 砂性土中粘性土含量的影响
在粘性土层中即使孔压达到了围压,也不会出现砂土液化现象,其主要原因是粘性土的结构性比较强,颗粒之间有较强的粘结作用。在强度指标中反映此作用的是粘结力,故而笔者设想如果砂性土中含有较多的粘性土应该对砂土中的孔隙水压力发展有抑制作用,于是在进行有限元有效应力模拟分析时,修改了土的剪胀参数。
从图3中可以看出,随着粘性土含量的增加,隧道顶点水平残余变形和竖向残余变形都大幅度下降,但当粘性土含量从10写增加到20%时,残余变形并不明显减少或基本保持不变,表现为较多的粘性土的性质。从机理上来说,砂性土中的粘性土含量较少时,颗粒与颗粒之间的接触基本上发生在砂性土颗粒之间,因此这种类型的土基本上表现出了砂土的性质;当粘性土含量增加,粘性土微小的颗粒将不断包裹砂土颗粒,使砂性土之间的孔隙被粘性土填充,从微观上来看此时的砂土已从整体上表现出来粘性土性质,其抗液化能力将大幅度提高