基坑支護(hù)體系地震災(zāi)變特性及結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、全球許多國(guó)家處于地震多發(fā)區(qū)域，其中智利、日本、美國(guó)與中國(guó)處于地震頻發(fā)區(qū)域。全世界每年約發(fā)生地震500萬次，其中有感地震約5萬次，造成嚴(yán)重破壞的地震近20次。僅就中國(guó)而言，1900年以來，死于地震的人數(shù)達(dá)55萬之多，占全球地震死亡人數(shù)的53％。震災(zāi)涉及中國(guó)22個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)，地震成災(zāi)面積達(dá)30多萬平方公里，房屋倒塌達(dá)700萬間。1976年唐山大地震造成24.28萬人罹難；2008年5月12日汶川大地震造成8.7萬人罹難，直接經(jīng)濟(jì)損

2、失8451億元人民幣。
　　長(zhǎng)期以來，為了有效地預(yù)防和減輕地震災(zāi)害，世界各國(guó)圍繞地震發(fā)生機(jī)理、建筑結(jié)構(gòu)物的抗震理論與技術(shù)、次生災(zāi)害預(yù)防、地震災(zāi)后評(píng)估與災(zāi)區(qū)重建等進(jìn)行過大量研究，取得了大量有理論意義和使用價(jià)值的研究成果。但由于種種主客觀原因，研究的焦點(diǎn)主要集中于運(yùn)營(yíng)階段建（構(gòu)）筑物抗振性及其振損評(píng)價(jià)，而對(duì)施工期基坑地震反應(yīng)及其支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震性能而言，迄今還少有系統(tǒng)研究。隨著城市地鐵交通、大型地下商場(chǎng)、超高層建筑等工程建設(shè)的迅速發(fā)展，大

3、型深基坑工程日益增多，地震頻發(fā)區(qū)深基坑施工技術(shù)、施工期的防災(zāi)減災(zāi)、臨時(shí)設(shè)施及養(yǎng)護(hù)期混凝土震損檢測(cè)與評(píng)估等將不可避免地成為包括中國(guó)在內(nèi)的地震頻發(fā)區(qū)域和國(guó)家建設(shè)的重大理論和技術(shù)問題?；邮┕て趦?nèi)，維護(hù)和支撐結(jié)構(gòu)（包括土釘墻、錨噴、地下連續(xù)墻、鋼支撐、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐及其他臨時(shí)支撐等）、施工設(shè)施、工程機(jī)械及施工設(shè)備等由于其自身的設(shè)置及性能特點(diǎn)，其地震反應(yīng)及抗震性能與運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)有本質(zhì)的區(qū)別，現(xiàn)有的研究成果難以直接應(yīng)用于施工期基坑抗震防災(zāi)及結(jié)構(gòu)

4、震損分析。
　　本文針對(duì)地震頻發(fā)區(qū)基坑施工的關(guān)鍵技術(shù)和理論問題，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上采用數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗(yàn)及理論分析等綜合研究方法，系統(tǒng)研究了強(qiáng)地震作用下不同形式深基坑抗震穩(wěn)定性、基坑支護(hù)體系地震位移及災(zāi)變的時(shí)程和空間分布、施工養(yǎng)護(hù)期混凝土受強(qiáng)地震后強(qiáng)度損失及其評(píng)價(jià)、早齡混凝土受強(qiáng)地震作用后內(nèi)部損傷及其評(píng)價(jià)等。取得了相應(yīng)有創(chuàng)新意義和工程實(shí)用價(jià)值的研究成果：
　　1.通過文獻(xiàn)資料的系統(tǒng)查詢及對(duì)汶川地震災(zāi)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，統(tǒng)計(jì)分析了全

5、球地震分布的區(qū)域特征，基于調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立了全球性地震發(fā)生數(shù)的時(shí)間累積關(guān)系及以中國(guó)為例的局部區(qū)域地震發(fā)生數(shù)的時(shí)間分布；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研獲得的汶川地震基坑及邊坡破壞案例，通過力學(xué)機(jī)理分析，提出和完善了施工期基坑地震破壞模式及其力學(xué)成因。
　　2.結(jié)合成都地區(qū)深基坑工程實(shí)例，通過三維動(dòng)力FEM模擬計(jì)算，研究了錨噴支護(hù)基坑、地下連續(xù)墻加鋼支撐基坑的地震穩(wěn)定性，系統(tǒng)分析了兩類基坑在不同傳播方向地震荷載作用下基坑結(jié)構(gòu)位移、鋼支撐災(zāi)變演化及其鞭梢

6、效應(yīng)。
　　3.通過基坑支撐結(jié)構(gòu)災(zāi)變倒塌過程的三維FEM數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了不同傳播方向強(qiáng)地震荷載作用下基坑鋼支撐災(zāi)變過程及破壞形式。揭示了強(qiáng)地震作用下基坑支撐體系倒塌危險(xiǎn)的區(qū)域性分布特征、支撐破壞過程的階段性時(shí)程特性。即支撐破壞過程分為往復(fù)振動(dòng)時(shí)域、振動(dòng)位移急劇增加時(shí)域、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞時(shí)域。結(jié)果對(duì)地震頻發(fā)區(qū)基坑施工過程風(fēng)險(xiǎn)防范設(shè)施設(shè)置和防災(zāi)減災(zāi)具有重要指導(dǎo)意義。
　　4.利用模擬地震振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了基坑施工不同

7、齡期混凝土受強(qiáng)地震作用后的變形特性、壓縮擴(kuò)容性質(zhì)及其動(dòng)力學(xué)機(jī)理。結(jié)果表明：養(yǎng)護(hù)期混凝土受強(qiáng)地震作用后其體積應(yīng)變具有顯著的擴(kuò)容（體積增大）特性且擴(kuò)容程度與混凝土受振齡期密切相關(guān)；混凝土結(jié)構(gòu)擴(kuò)容的主要力學(xué)成因是強(qiáng)地震作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成隨機(jī)分布的微觀及細(xì)觀裂紋在外荷載作用下產(chǎn)生位錯(cuò)、轉(zhuǎn)動(dòng)等從而形成宏觀狀態(tài)下的體積增大。
　　5.通過受振混凝土變形特性的試驗(yàn)研究，提出了早齡混凝土在強(qiáng)地震作用下裂紋產(chǎn)生與發(fā)育的受振齡期三階段特性：振動(dòng)強(qiáng)化

8、階段（養(yǎng)護(hù)齡期1~10h，包括混凝土液態(tài)及粘性可流動(dòng)狀態(tài)）；振損但能自修復(fù)階段（養(yǎng)護(hù)齡期10~60h，包括半固化狀態(tài)及固化且彈性模量增長(zhǎng)狀態(tài)）；振損不可逆階段（養(yǎng)護(hù)齡期大于60h，主要是最終固化狀態(tài)）。
　　6.通過室內(nèi)模擬地震試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了不同養(yǎng)護(hù)齡期混凝土受強(qiáng)地震作用后的強(qiáng)度損失。結(jié)果表明：受振齡期為3~30h的混凝土，其強(qiáng)度顯著降低；受振齡期大于30h的混凝土，其強(qiáng)度未見明顯變化。
　　7.通過受震混凝土的強(qiáng)度及超聲

9、波試驗(yàn)研究，建立了受振混凝土強(qiáng)度與超聲波波速的相關(guān)關(guān)系、提出了強(qiáng)地震后混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)的建議方案及實(shí)施方法。
　　8.將三維層析技術(shù)應(yīng)用于地震作用后混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，開發(fā)了基于任意三維正交立體交匯色譜分析法用于定點(diǎn)評(píng)價(jià)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷并開發(fā)了相應(yīng)三維解析軟件，為混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷狀態(tài)的可視化評(píng)價(jià)提供了有效的手段。
　　綜上所述，本研究的內(nèi)容和成果涉及地震頻發(fā)區(qū)基坑施工可能面臨的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題，