强震地表破裂下条形基础避让距离研究

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构造性强震的发生往往都伴随着活断层错动继而引发地表破裂,通常在适当条件下会对工程结构造成严重危害。因此,在工程建设中如何考虑活断层对其影响及避让等问题具有重要意义。本文通过地表破裂大平台模型试验方法并结合破裂大变形数值模拟,研究了正断层错动作用下上覆粘土、砂土层的变形特征和破裂带的扩展,给出条形基础的避让建议。主要研究内容包括:一、与本课题小组一起研制出了能够满足覆盖层厚度最高200cm,长*宽为4.6*1.85m,断层倾角45°到70°,并能实现正、逆断层错动的大平台断层错动模型箱体装置。二、开展了6次正断层错动模拟自由场试验,探讨了位错量、断层倾角和上覆土层厚度对地表破裂的影响,主要结论有:(1)地表隆起或不均匀沉降会随着基岩位错量增大而逐渐增大,土体内最终形成V字形剪切带,破坏集中在上盘区域;(2)在粘土场地中,上覆土层厚度增大,地表隆起高度和破裂带影响范围下降;在砂土场地中,断层倾角增大,地表隆起高度和破裂带影响范围增大,有向上盘扩散的趋势;并给出了避让建议。三、开展了6次正断层错动模拟条形基础下的场地试验,分析了位错量、断层倾角和上覆土层厚度对基础的影响,给出了合理的避让距离,主要结论有:(1)随着加载量逐渐增加,条形基础两端倾斜差增大,土体内最终形成V字形剪切带对地表以及基础造成破坏;(2)在粘土条形基础场地中,上覆土层厚度增加,破裂带影响范围减小,基础隆起高度降低;(3)在粘土和砂土条形基础场地中,断层倾角增大,破裂带影响区域增大,基础隆起高度增大;(4)在考量了覆盖层厚度和断层倾角后,给出了条形基础避让建议,最大合理避让距离为上盘45m,下盘25m。四、利用颗粒流PFC2D软件,进行模型构建初步开发了基于砂土-条形基础场地的颗粒流大变形分析程序,对前面典型试验工况进行验证时,发现两者基本趋势一致,主要结论有:(1)通过模拟砂土自由场的多工况下覆盖层厚度与位错量数值分析,增大覆盖层厚度或减小位错量都能在一定程度上减轻地表破坏;(2)通过模拟砂土条形基础场地的多工况下基础埋深与尺寸数值分析,处于主破裂带附近的基础,增大基础埋深或尺寸能够有效减轻破坏效应,离开此区域外的上、下盘范围,改变基础埋深或尺寸对减轻强震破坏没有明显改善。
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