地下结构地震破坏机理研究_孙海峰

地下水位对核电结构地震反应的影响分析作者：吴绍恒陈少林刘鸿泉孙晓颖来源：《振动工程学报》2024年第04期摘要核电结构大多沿海或沿江、河而建，在地下水位以下，土体孔隙中的流体对土层的地震响应有较大影响，进而影响核电结构的响应。

本文采用饱和多孔介质模型，考虑土‑结相互作用效应，分析地下水位对核电结构地震反应的影响。

通过传递矩阵方法，得到干土‑饱和土水平成层场地的自由场，并结合透射人工边界，实现土‑结相互作用分析的波动输入；采用土‑结相互作用的分区并行计算方法，实现饱和土和结构相互作用分析。

其中，含地下水位的场地土体采用广义饱和多孔介质模型描述，通过自编FORTRAN程序用集中质量显式有限元结合透射人工边界进行模拟，结构通过ANSYS中的隐式有限元进行分析。

以某一核电结构为例，分析了0，-10，-20，-30，-40 m不同地下水位的五种场地上，土‑基础‑核电结构体系的动力响应。

结果表明，地下水位对基础和结构的位移影响不大，对加速度的影响较大。

关键词土‑结相互作用; 核电结构; 地下水位; 饱和多孔介质; 集中质量显式有限元; 人工边界引言核电已经成为重要的清洁能源。

核电项目的选址和勘探已经在沿海地区进行，并延伸到内陆沿江地区。

在这些地区，地下水位通常较浅，地基中部分土体是饱和土。

一些震害数据表明，当地基土为饱和土时，其震害与干土有显著差异，地下水位变化也会对地震反应产生重大影响。

对场地地震反应的研究表明，地下水位的变化对地表加速度峰值、位移峰值等的放大作用有一定的影响［1‑3］。

路堤、边坡、水坝等构筑物在地震作用下，由于地下水位的变化，对其地震响应及稳定性也会产生不利影响［4‑6］。

以往对核电结构土‑结相互作用的研究主要集中在干土情形［7‑10］，而对考虑饱和土的土‑结相互作用的相关研究还是比较少的。

实际工程中，常常以地下水位为分界线，水位以上是干土，以下是饱和土。

地下水位对核电地震反应的影响如何，目前仍缺乏相关认识。

龙滩水库诱发地震三维孔隙弹性有限元数值模拟周斌;孙峰;阎春恒;薛世峰;史水平【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2014(057)009【摘要】本文以龙滩水库为例,根据库区地质构造、深部速度结构及数字地面高程,建立了库区三维有限元模型,基于孔隙弹性理论计算了水库蓄水过程中库底断层和围岩体孔隙压力、有效附加正应力、剪应力和库伦应力的动态变化,并结合水库蓄水后库区地震活动时空分布的特征,讨论了RIS时空演化与库水加卸载及渗透过程的动态响应关系及其可能的成因机制.结果表明:(1)龙滩水库蓄水后地震活动呈现出明显的丛集性,主要分布在罗妥(丛Ⅰ)、八茂(丛Ⅱ)、拉浪(丛Ⅲ)、坝首(丛Ⅳ)和布柳河(丛Ⅴ)5个水库蓄水后淹没的深水区,这些区域也恰恰是库水加卸载及渗透过程中△CFS增加最明显的区域,而△CFS的影区几乎没有地震发生,表明水库蓄水后库区地震活动与△CFS的变化密切相关.(2)在水库蓄水过程中,与水库有直接水力联系且渗透性较好的断裂成为地表水体附加水头压力向深部扩散的优势通道,沿此通道附加水头压力扩散的最大深度达13 km左右,震旦系古生界以碳酸盐岩为主的地层成为附加水头压力扩散的主体层位,这与蓄水后库区中、小地震震源深度均小于13 km,且优势分布在5～10 km的特征相吻合,表明由于孔隙压力的存在降低了岩石的抗剪强度,同时部分抵消了围压的影响,致使该层位的岩体易于产生脆性破坏从而诱发地震活动.(3)无论是深部还是浅部,各丛地震密集发生的时段绝大部分与相应深度△CFS加速升高或阶段性高值时段相重叠,可能说明在库水位快速抬升或阶段性高值时段,受外部荷载加载速率快速升高的影响,库底岩体和断层、裂隙等结构面更容易实现失稳扩展;深、浅部地震响应时间、活动频度和强度的差异可能与不同层位岩体力学性质及渗透性能的不均匀性有关.(4)各丛地震诱发的物理力学机制有所不同.丛Ⅰ、丛Ⅱ、丛Ⅲ地震的诱发可能与库体重力荷载、孔隙压力扩散和库水浸润弱化3种作用都有关;丛Ⅳ地震的诱发主要受控于库体重力荷载作用,孔隙压力扩散和库水浸润弱化不起主导作用;丛Ⅴ地震的诱发主要受孔隙压力扩散和库水浸润弱化作用的影响,库体重力荷载作用一定程度上抑制了地震的发生.【总页数】23页(P2846-2868)【作者】周斌;孙峰;阎春恒;薛世峰;史水平【作者单位】广西壮族自治区地震局,南宁 530022 ;中国地震局地球物理研究所,北京100081;中国石油大学(华东),青岛 266580;广西壮族自治区地震局,南宁530022;中国石油大学(华东),青岛 266580;广西壮族自治区地震局,南宁 530022【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式Ⅰ:理论 [J], 李娜;任恒鑫;黄清华;陈晓非2.三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式Ⅱ:正确性检验和数值模拟实验 [J], 李娜;任恒鑫;黄清华;陈晓非3.利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响 [J], 孙玉军;张怀;董树文;郑亮;张贝;程惠红;石耀霖4.龙滩水库诱发地震的孔隙压力扩散特征 [J], 刘耀炜;许丽卿;杨多兴5.孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料等效弹性性能的影响 [J], 魏坤龙;史宏斌;李江;唐敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：工程地质分析原理教师：姓名：学号：专业：建筑与土木工程类别：专业上课时间：考生成绩：阅卷评语：阅卷教师(签名)重庆大学研究生院制场地地质条件对地震震害效应的影响分析姓名：田麒琳学号：摘要：本文通过对地质条件的分类陈述，以及相关文献资料的综述，阐明了场地地质条件对地震震害的影响，介绍了在抗震设计中如何考虑地震场地影响的途径。

综述相关文献对地震动参数的影响的研究分析，诸如相关的经验系数和经验公式等。

最后得出了选址和灾害防治的相关对策和建议。

关键词：场地地质条件地震震害地震动参数1.绪论地震是各种自然灾害之元凶。

我国位于环太平洋地震带与地中海-喜马拉雅地震带的中间区域，西部与西南部则处于地中海-喜马拉雅地震带所经过的地段，地壳构造运动强烈，地震活动频繁，是世界上地震灾害最为严重的国家之一。

我国几乎所有的省、自治区和直辖市，在历史上都遭受过6级或者6级以上地震的袭击。

地震给人们带来巨大灾害和财产损失，人员伤亡。

因此，许多国家对地震预报都给予了很大的重视。

但是，人们也注意到，即使是成功地预报地震，地震灾害仍然会发生，若对建筑物进行有效的抗震设防，就能抗御地震的袭击，避免在大地震时，出现结构毁坏，从而减轻地震灾害并大大减少人员伤亡。

国内外地震现场调查表明，场地条件对震害有着十分明显的影响，要使工程建设真正达到减轻地震灾害之目的，选择有利的建筑场地，乃是一项根本性的减灾措施。

从目前的资料来看,较早开展场地条件对震害影响研究的学者是美国人Wood。

他对1906年美国旧金山大地震震中区附近的震害做了详细现场调查[1]1.1 国内研究现状60年代周锡元对这一领域的工作作了较全面的总结。

文献[2]是相对早期的系统阐述场地条件与地震的文章。

在对已发生的震区作调查时，使用“烈度”这个概念尽管比较方便，可是在研究场地条件对震害的影响时，只考虑“烈度”这个笼统的概念是不够的，因为这里更重要的还在于弄清场地对震害影响的原因[2]。

地铁车站地震反应和破坏机理分析近几十年,随着我国国民经济的发展和城市人口的逐渐增加,地下结构得到前所未有的发展,全国各地修建了越来越多的大跨度多形式的地下建筑物。

以前由于震害资料较少,人们普遍认为地下结构抗震性能好,对地下结构抗震分析研究不多。

但在神户地震中,地下结构遭受了严重的破坏,其中,大开地铁车站因坍塌而完全丧失使用功能,并且致使正上方主干道塌陷2.5米之多,影响了灾后救援工作,本次地震中地铁结构造成的经济损失达到300亿日元。

此后又出现了很多地下结构遭受地震破坏的实例。

在我国,目前还没有具体统一的地下结构抗震设计规范可循,地下结构抗震研究很不成熟。

本文以大开地铁车站为对象,通过动力有限元法对地下结构地震破坏机理进行了初步研究。

本文首先利用等效线性化程序SHAKE91对大开车站附近场地土进行了一维地震反应分析,全面了解了实际土体在神户地震作用下的反应,获得了场地土的等效阻尼比和等效剪切模量,总结了土层条件对地下结构震害的影响。

按照大开车站的实际结构尺寸和周围土层的实际资料,建立了二维平面应变有限元模型,采用纤维单元模型考虑钢筋混凝土车站结构的材料非线性和构件非线性,利用等效阻尼比和等效剪切模量来考虑土体的动力非线性,以神户地震Port岛地下83米处记录的垂直向和南北向加速度波形作为二维地震动的输入波,对大开车站进行了模拟计算。

通过分析地下结构内力、位移及纤维单元截面的破坏状况,从神户地震独特的地震特性出发,初步确定了大开地铁车站的破坏机理。

对比分析了弹性模型和弹塑性模型的计算结果,结果表明:地下结构抗震分析应该考虑钢筋混凝土结构的非线性。

利用轴力—弯矩相互作用关系曲线和构件的抗剪承载力计算公式,分析了竖向地震动对地下钢筋混凝土结构的破坏作用。

分析了周围土体刚度对地下结构震害的影响,同时得出土体的动力非线性对地下结构震害的重要影响。

中柱是地下结构震害最为严重的部位,本文分别计算分析了中柱剪切破坏、弯曲破坏和轴压破坏三种破坏形式,对大开车站中柱的地震破坏过程有了较深入的认识。

地下工程结构地震响应与抗震设计地震是一种严重的自然灾害，并且对地下工程结构造成巨大的影响。

因此，合理的抗震设计对于地下工程的建设至关重要。

本文将探讨地下工程结构地震响应的相关问题，并介绍有效的抗震设计方法。

一、地下工程结构地震响应1. 地震波传播特性地震波是由震源产生的地壳振动传播体。

地震波的传播速度、传播路径以及振动特性直接决定了地震波对地下工程结构的影响。

地震波的传播特性需要进行地震勘探和地震监测，通过分析和测量得到。

2. 地下工程结构的地震响应机理地下工程结构在地震作用下会发生地震响应，主要表现为结构振动、位移和迟滞效应。

这些地震响应机理对地下工程结构的稳定性、安全性和使用寿命都有直接的影响。

3. 影响地下工程结构地震响应的因素地下工程结构地震响应的强度与地震波的特性、地质条件、结构材料与形式等因素相关。

在抗震设计中，需要全面考虑这些因素，并采取相应的措施来减小地震对地下工程结构的影响。

二、地下工程结构抗震设计1. 抗震设计原则地下工程结构的抗震设计需要符合以下原则：（1）安全性原则：确保地下工程在强震作用下不发生破坏。

（2）经济性原则：在满足安全要求的前提下，尽可能降低抗震设计的成本。

（3）可行性原则：抗震设计应考虑可操作性和施工可行性，避免过于复杂和难以实施的设计方案。

2. 抗震设计方法地下工程结构的抗震设计方法可分为减震设计和抗震设计两种主要类型：（1）减震设计：通过在地下工程结构中设置减震装置，如减震橡胶支座、摩擦减震器等，来减小地震作用对结构的影响，提高结构的抗震性能。

（2）抗震设计：通过结构形式选择、材料选择、加强措施等来提高地下工程结构的整体抗震性能，减小地震作用对结构的影响。

3. 抗震设计的关键技术地下工程结构的抗震设计需要注意以下关键技术：（1）结构形式选择：选择适合地震区域的结构形式，如抗震墙、框架结构等。

（2）结构材料选择：选择强度高、韧性好的材料来提高结构的抗震性能。

利用海上地震勘探系统研究海底地震活动影响因素海底地震是地球内部能量释放的重要表现形式之一，研究海底地震活动的影响因素对于理解地球内部构造和地震灾害预测具有重要意义。

利用海上地震勘探系统进行海底地震研究，可以通过收集大量的数据和观测结果来揭示海底地震活动的影响因素。

本文将从地质结构、板块运动、地下岩石性质和地震活动历史等方面探讨海上地震勘探系统在研究海底地震影响因素方面的应用。

首先，地质结构是影响海底地震活动的重要因素之一。

利用海上地震勘探系统，可以探测到海底的地壳厚度、地壳形态以及不同地层的分布情况。

这些地质结构信息可以帮助我们了解海底地壳的构造特点，从而揭示海底地震活动的影响因素。

例如，岩石的断裂带和断层是地震活动的主要发生地，通过研究断裂带的形成和演化过程，可以得知海底断裂对地震的影响。

此外，海底的火山活动也与地震活动密切相关，利用海上地震勘探系统可以探测到海底火山的分布及特征，进而揭示海底地震活动与火山活动的关系。

其次，板块运动是导致海底地震活动的重要因素之一。

地球的地壳被分为多个板块，这些板块在地球内部运动，板块之间的相互作用导致了地震活动的发生。

利用海上地震勘探系统，可以研究板块边界的形态、板块的相对运动速度和方向，从而揭示板块运动对海底地震活动的影响。

例如，当两个板块之间的相互作用达到一定程度时，会出现地震断裂带和地震断层，通过观测和分析这些地震断裂带和地震断层的分布和性质，可以揭示板块运动对海底地震活动的影响机制。

此外，地下岩石性质也是影响海底地震活动的重要因素之一。

地球内部的岩石由于不同的形成过程和物理性质，对地震波的传播和折射产生不同的影响。

利用海上地震勘探系统的地震震源和接收器，可以获取到地震波的传播路径和速度。

通过观测和分析这些地震波数据，可以研究地下岩石的密度、速度和储层特性，从而揭示地下岩石性质对海底地震活动的影响机制。

例如，地震波的折射和透射现象可以揭示不同岩石层的分布和性质，进而推断地震活动的发生机制和规律。