城市建設(shè)與地基土卓越周期變異研究.pdf

1、人類活動對于場地和地基土的卓越周期的影響是顯而易見的。隨著城市化進程的加快和現(xiàn)代化城市理念的變化，21世紀大城市的地下建設(shè)必將成為大的趨勢。城市大尺度地下空間的開發(fā)、大量樁基甚至超長樁基的設(shè)置，深大基礎(chǔ)的運用、軟弱土地基的加固與處理、地下水的汲取與污染、城市建設(shè)荷載施加給地質(zhì)體的附加應(yīng)力、城市規(guī)劃引起地形地貌的變化以及城市獨特的環(huán)境效應(yīng)(如熱島效應(yīng))等等都影響到地質(zhì)體及地基土性狀的變化。 城市建設(shè)強度加大，地基土結(jié)構(gòu)、性狀發(fā)

2、生變化，引發(fā)城市地基土的振動特性及卓越周期發(fā)生變異。地基土卓越周期與結(jié)構(gòu)物自振周期接近即產(chǎn)生共振破壞，在震害中出現(xiàn)的許多異?，F(xiàn)象利用普遍的認識無從解釋。結(jié)構(gòu)物的自振周期通常是一個“定值”，但卓越周期可能是“變量”卻往往被忽略。對城市建設(shè)與地質(zhì)體及地基土卓越周期變異進行研究，這對于大、中城市的防震減災(zāi)，特別是大、中城市各種結(jié)構(gòu)物的抗震設(shè)防具有較重要的科學意義和經(jīng)濟效益。 基于上述觀點，本文在總結(jié)城市建設(shè)環(huán)境下地質(zhì)體與地基土

3、結(jié)構(gòu)、性狀變化要素、方式的基礎(chǔ)上，建立地質(zhì)體與地基土結(jié)構(gòu)、性狀演變與地基巖土動力特性變化的響應(yīng)關(guān)系并分析影響地基巖土動力特性的主要因素。 建立三維場地地基土模型，模擬城市建設(shè)如均布樁基、復(fù)合地基、地下空間開發(fā)等等引起巖土層的剛度變化，通過ANSYS的模態(tài)分析、譜分析、地震時程分析，研究城市建設(shè)因素作用下地基土卓越周期改變前后地基土自振周期、位移、速度、加速度變化規(guī)律，分析驗證卓越周期變化的幾個主要因素。 進行

4、波速測試，分析剪切波速與土體密度、含水量、應(yīng)力水平的關(guān)系，進而推求地基土卓越周期的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)城市建設(shè)作用使土體的彈性比例增大，從而改變了土體的動力性質(zhì)，地震波傳播的速度變快，地層的卓越周期減小，頻率增大。通過大量有限元模型模擬分析發(fā)現(xiàn)卓越周期和地面位移隨著覆蓋土層的增加而增加；卓越周期和地面位移隨彈模密度比E/ρ增大而減小。城市建設(shè)強度加大，不斷的作用于地質(zhì)體上，改變了地基土的厚度與彈模、密度。因此，軟弱場地上的長周期結(jié)構(gòu)物和硬場地

5、上的短周期結(jié)構(gòu)物易遭到地震時的共振破壞。 進行225個模型數(shù)值時程分析，建立卓越周期變異引起震害模型：當場地地基土的卓越周期與結(jié)構(gòu)的基本周期相同或相近時震害最為嚴重。 結(jié)合實例一某高校主樓工程打樁前后的地基土卓越周期變化對結(jié)構(gòu)抗震影響的ANsYs分析，驗證了卓越周期變異災(zāi)害模型，同時發(fā)現(xiàn)不同的場地地基土對地震波具有不同的濾波作用，經(jīng)場地傳播到地表的波反映了場地的動力特性，其頻譜特性將發(fā)生很大變化。打樁使場地地基土動力