基坑支護體系地震災(zāi)變特性及結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)評價方法研究.pdf

1、全球許多國家處于地震多發(fā)區(qū)域，其中智利、日本、美國與中國處于地震頻發(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，造成嚴重破壞的地震近20次。僅就中國而言，1900年以來，死于地震的人數(shù)達55萬之多，占全球地震死亡人數(shù)的53％。震災(zāi)涉及中國22個省(自治區(qū)、直轄市)，地震成災(zāi)面積達30多萬平方公里，房屋倒塌達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)濟損

2、失8451億元人民幣。
　　長期以來，為了有效地預(yù)防和減輕地震災(zāi)害，世界各國圍繞地震發(fā)生機理、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)后評估與災(zāi)區(qū)重建等進行過大量研究，取得了大量有理論意義和使用價值的研究成果。但由于種種主客觀原因，研究的焦點主要集中于運營階段建（構(gòu)）筑物抗振性及其振損評價，而對施工期基坑地震反應(yīng)及其支護結(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、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)、臨時設(shè)施及養(yǎng)護期混凝土震損檢測與評估等將不可避免地成為包括中國在內(nèi)的地震頻發(fā)區(qū)域和國家建設(shè)的重大理論和技術(shù)問題?；邮┕て趦?nèi)，維護和支撐結(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)支撐及其他臨時支撐等）、施工設(shè)施、工程機械及施工設(shè)備等由于其自身的設(shè)置及性能特點，其地震反應(yīng)及抗震性能與運營期結(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)試驗及理論分析等綜合研究方法，系統(tǒng)研究了強地震作用下不同形式深基坑抗震穩(wěn)定性、基坑支護體系地震位移及災(zāi)變的時程和空間分布、施工養(yǎng)護期混凝土受強地震后強度損失及其評價、早齡混凝土受強地震作用后內(nèi)部損傷及其評價等。取得了相應(yīng)有創(chuàng)新意義和工程實用價值的研究成果：
　　1.通過文獻資料的系統(tǒng)查詢及對汶川地震災(zāi)區(qū)的現(xiàn)場調(diào)研，統(tǒng)計分析了全

5、球地震分布的區(qū)域特征，基于調(diào)研統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立了全球性地震發(fā)生數(shù)的時間累積關(guān)系及以中國為例的局部區(qū)域地震發(fā)生數(shù)的時間分布；根據(jù)現(xiàn)場調(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)深基坑工程實例，通過三維動力FEM模擬計算，研究了錨噴支護基坑、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。揭示了強地震作用下基坑支撐體系倒塌危險的區(qū)域性分布特征、支撐破壞過程的階段性時程特性。即支撐破壞過程分為往復(fù)振動時域、振動位移急劇增加時域、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞時域。結(jié)果對地震頻發(fā)區(qū)基坑施工過程風(fēng)險防范設(shè)施設(shè)置和防災(zāi)減災(zāi)具有重要指導(dǎo)意義。
　　4.利用模擬地震振動臺進行室內(nèi)試驗，系統(tǒng)研究了基坑施工不同

7、齡期混凝土受強地震作用后的變形特性、壓縮擴容性質(zhì)及其動力學(xué)機理。結(jié)果表明：養(yǎng)護期混凝土受強地震作用后其體積應(yīng)變具有顯著的擴容（體積增大）特性且擴容程度與混凝土受振齡期密切相關(guān)；混凝土結(jié)構(gòu)擴容的主要力學(xué)成因是強地震作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成隨機分布的微觀及細觀裂紋在外荷載作用下產(chǎn)生位錯、轉(zhuǎn)動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研究，提出了早齡混凝土在強地震作用下裂紋產(chǎn)生與發(fā)育的受振齡期三階段特性：振動強化

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

9、波試驗研究，建立了受振混凝土強度與超聲波波速的相關(guān)關(guān)系、提出了強地震后混凝土結(jié)構(gòu)強度現(xiàn)場超聲波檢測的建議方案及實施方法。
　　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)部損傷的檢測與評價，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評價混凝土內(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)的可視化評價提供了有效的手段。
　　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，