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倾滑断层作用下上覆土层响应分析及跨断层路堤减隔震措施研究

张炳焜  
【摘要】:我国是一个地震多发的国家,近年来频繁发生的地震给人们留下了深刻的印象,也使人们对地震越来越重视。到目前为止,人们将研究重点更多地放在了地震引发的地面震动对结构的影响上,而对下覆断层错动导致上覆土层破裂的机理及该错动对上部结构的影响方面研究甚少。本文运用有限元软件ABAQUS,针对正断层和逆断层,对自由场-断层体系和路堤-筏板基础-断层体系进行了数值模拟,主要研究内容如下: (1)总结了断层错动数值模拟问题应当注意的关键影响因素,包含以下四点:准静态法、网格尺寸、应变软化和材料阻尼。通过计算对比分析,发现未全面考虑以上四个影响因素时,计算结果数值偏低,对断层错动时上覆土的响应估计不足。因此本文数值模拟部分均全面考虑了以上四点,使计算结果更为准确。 (2)针对自由场地,设计了两种断层类型、七个断层倾角、两种土质和四种覆土厚度的计算模型,对下覆断层错动时上覆土层破裂规律及地面变形特性进行了研究,并进行了参数分析。计算结果表明,地面显著变形区域宽度、地面断层出露点位置、断层临界位移量及覆土破裂特性,与断层和土体参数有着密切关系。 (3)采用一定宽度和厚度的刚性筏板作为路堤的局部基础,通过调整筏板基础的放置位置,对逆断层和正断层,断层倾角为45°,60°和75°时各进行了三种不同情况的模拟计算。分析对比了各种情况下上覆土层及路堤本体的破裂变形特性和筏板基础弯矩的分布规律,以此定性的提出较优的筏板基础减隔震方法,降低灾害发生的可能和灾害破坏的水平。 (4)应用ABAQUS中的EXPLICIT模块,对断层错动此类高度非线性问题进行了准静态模拟,并且结合有限元软件的二次开发接口,实现应变软化摩尔库伦模型在本模拟中的应用,使模拟计算结果与实际情况更为契合。


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