基坑支護體系地震災變特性及結構損傷狀態(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％。震災涉及中國22個省(自治區(qū)、直轄市)，地震成災面積達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，為了有效地預防和減輕地震災害，世界各國圍繞地震發(fā)生機理、建筑結構物的抗震理論與技術、次生災害預防、地震災后評估與災區(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）筑物抗振性及其振損評價，而對施工期基坑地震反應及其支護結構抗震性能而言，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、施工期的防災減災、臨時設施及養(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的地震頻發(fā)區(qū)域和國家建設的重大理論和技術問題。基坑施工期內，維護和支撐結構（包括土釘墻、錨噴、地下連續(xù)墻、鋼支撐、鋼筋混凝土結構支撐及其他臨時支撐等）、施工設施、工程機械及施工設備等由于其自身的設置及性能特點，其地震反應及抗震性能與運營期結構有本質的區(qū)別，現(xiàn)有的研究成果難以直接應用于施工期基坑抗震防災及結構

4、震損分析。
　　本文針對地震頻發(fā)區(qū)基坑施工的關鍵技術和理論問題，在充分調研的基礎上采用數(shù)值模擬、室內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部損傷及其評價等。取得了相應有創(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區(qū)的現(xiàn)場調研，統(tǒng)計分析了全

5、球地震分布的區(qū)域特征，基于調研統(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)場調研獲得的汶川地震基坑及邊坡破壞案例，通過力學機理分析，提出和完善了施工期基坑地震破壞模式及其力學成因。
　　2.結合成都地區(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構位移、鋼支撐災變演化及其鞭梢

6、效應。
　　3.通過基坑支撐結構災變倒塌過程的三維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振動時域、振動位移急劇增加時域、結構失穩(wěn)破壞時域。結果對地震頻發(fā)區(qū)基坑施工過程風險防范設施設置和防災減災具有重要指導意義。
　　4.利用模擬地震振動臺進行室內試驗，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、壓縮擴容性質及其動力學機理。結果表明：養(yǎng)護期混凝土受強地震作用后其體積應變具有顯著的擴容（體積增大）特性且擴容程度與混凝土受振齡期密切相關；混凝土結構擴容的主要力學成因是強地震作用導致結構內部形成隨機分布的微觀及細觀裂紋在外荷載作用下產生位錯、轉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關系、提出了強地震后混凝土結構強度現(xiàn)場超聲波檢測的建議方案及實施方法。
　　8.將三維層析技術應用于地震作用后混凝土結構內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部結構損傷并開發(fā)了相應三維解析軟件，為混凝土結構內部損傷狀態(tài)的可視化評價提供了有效的手段。
　　綜上所述，本研究的內容和成果涉及地震頻發(fā)區(qū)基坑施工可能面臨的關鍵理論和技術問題，