上海软土的动力计算模型
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用上海强震土层垂直观测系统研究软土层对地震动的放大作用用上海强震土层垂直观测系统研究软土层对地震动的放大作用利用上海曹杨公园土层垂直数字强震观测系统提供的井下基岩和地面自由场三分向数字地震波资料,使用经验转换函数方法,研究了该处软土层对地震动的放大作用.该场地软土层厚达310m.利用2002~2005年记录到的5次地震的数字波形进行的研究结果表明,经验转换函数方法描述场地效应是可靠的.东西、南北、上下三个分量的共振频率分别为5.4Hz、7.5Hz和10.9Hz,对应不同的共振振型;相应的放大倍数依次为20.2±7.1,27.8±2.9和20.7±9.6.并从理论上初步探讨了软土层对地震动放大作用的机理.软土层对地震动的放大作用取决于软土层的厚度,软土层及其下卧基岩的密度、波速,以及地震波的入射角.理论研究表明上海曹杨公园软土层的基础自振频率为0.28Hz.由于整个上海市坐落在软土层上,几百公里外发生强震,都可能在上海市造成灾害,必须引起重视.上海市的防震减灾规划除了需要考虑未来本区内发生破坏性地震的危险之外,还必须考虑到行政边界以外几百公里以内发生强烈地震带来的灾害.高层楼房和大跨度桥梁的设计必须考虑远距离地震传来的长周期地震动的影响.作者:马淑芹熊里军王军裴晓卞真付刘文兵 Ma Shuqin Xiong Lijun Wang Jun Pei Xiao Bian Zhenfu Liu Wenbing 作者单位:马淑芹,卞真付,刘文兵,Ma Shuqin,Bian Zhenfu,Liu Wenbing(天津市地震局,天津市河西区友谊路19号,300201)熊里军,王军,裴晓,Xiong Lijun,Wang Jun,Pei Xiao(上海市地震局,上海市,200062)刊名:中国地震ISTIC PKU英文刊名:EARTHQUAKE RESEARCH IN CHINA 年,卷(期):2007 23(3) 分类号:P315 关键词:强震观测系统场地效应经验转换函数软土层共振频率放大倍数防震减灾规划。
上海国土资源doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.03.005不同应力路径下上海软黏土三轴不排水剪切孔压的对比高彦斌,晁 浩(同济大学土木工程学院,上海 200092 )摘 要:软黏土不排水剪切过程中的孔隙水压力分析是软土工程的一个重要研究方向。
三轴试验是研究软黏土不排水剪切孔压及孔压系数的传统方法,而孔压以及孔压系数的大小与应力路径以及剪应变的大小有关。
利用 GDS 应力路径三轴仪,对上海软黏土原状土样与重塑土样进行了三轴ICUC (等压固结压缩剪切),三轴ACUC (K 0固结压缩剪切)和三轴ACUE (K 0固结拉伸剪切)三种应力路径的不排水剪切试验,对比这三种试验的剪切孔压及孔压系数的大小及变化规律,给出结构性以及各向异性对剪切孔压的影响规律。
最后根据试验结果给出了上海软黏土在变形较大情况下的剪切孔压—应变双曲线模型的参数,可供设计计算采用。
关键词:软黏土;孔隙水压力;不排水剪切;三轴剪切试验中图分类号:TU41;P642.11 文献标志码:A 文章编号:2095-1329(2023)03-0028-06在软黏土地基的稳定性分析中以及固结变形分析中,不排水加载下的孔隙水压力分析是其中一个重要内容,也是土力学中的一个重要研究方向。
孔压从力学机理上可分为两部分,球应力产生的孔压p u 和偏应力产生的剪切孔压q u [1],即:p q u u u =+ (1)对于饱和黏性土,一般认为p u p = ,其中p 为球应力增量。
因此,不排水剪切孔压确定的关键点在于剪切孔压q u 的确定。
孔压公式法是确定孔压的经典方法。
该方法通过总应力增量来预估孔压增量p u 和q u 。
最经典的孔压公式有适用于三轴应力状态(三轴压缩)的斯肯普顿公式[2]:()r a r u B AB σσσ=+− (2)和适用于普遍应力状态的亨克尔公式[3] :oct u p βατ=+ (3)式中:u —孔隙水压力增量(kPa );A 和B 为斯肯普顿孔压系数;α和β为亨克尔孔压系数;a σ 为轴向应力增量(kPa );r σ 为径向应力增量;p 和oct τ 分别为球应力增量和八面体剪应力增量。
第39卷第5期2017年10月地震工程学报C H I N A E A R T H Q U A K E E N G IN E E R IN G J O U R N A LV o l. 39 No.5O ct.,2017谢东武,管飞,丁文其.小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析地震工程学报,2017,39(5):898-906.d o i:10.3969/j. issn.l000-084 4.201 7.05.898X IE D o n g w u,G U A N F c i,I)IN G W cnq i.D ctcrm in a tio n a n d S cn sitivityA n a lysiso f th c P a ra rn c tc rs o fH a rd c n in g S o ilM o d c lw ith Small Strain Stiffncss[J].(China Earthquake Engineering J o u rn a l201 7,39(5.) :898-906.d o i:10.3969/j.issn.1000 —0844.201 7.05.小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析①谢东武123,管飞\丁文其23(1.上海市岩土地质研究院有限公司,上海200072;2.同济大学土木工程学院地下建筑与工程系,上海200092;3.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室,上海2(0092)摘要:地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。
为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。
开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(H S-S m a ll)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。
上海第④层粘土在不同应力路径下的力学特性实验与统一本构模拟上海粘土的物理力学特性已有许多研究成果,但是第④层土的结构性鲜有学者进行全面的研究。
而结构性的存在会导致原状土在不同应力路径下表现出与重塑土完全不同的力学特性,故研究上海第④层粘土在不同应力路径下的力学特性及统一本构模拟可以为实际工程提供理论基础,具有十分重要的意义。
本文利用块状和薄壁取土法取得上海不同区域的第④层土,对其进行了常规固结、三轴剪切、真三轴剪切等不同应力路径实验,研究了第④层原状与重塑粘土在不同应力路径下的力学特性特性。
根据实验结果,对TS-Zhang模型进行了一定程度的修正,使之更能适合上海软粘土在不同应力路径下的力学特性曲线。
提出了新的参数确定方法,统一本构模拟过程。
同时利用SEM电镜扫描实验研究了第④层土在固结过程中土颗粒、孔隙的变化情况。
主要的研究成果如下:(1)原状土的一维固结实验结果证实,上海第④层原状土沿各个方向的压缩指数不相同,其中0°方向大于大于90°方向压缩指数,这说明了上海第④层粘土具有初始各向异性。
土体微观SEM图片表明上海第④层粘土颗粒呈薄片状,0°方向薄片颗粒之间以面与面接触为主。
90°方向以边与边的接触为主,微观构成的不同造成了土体的宏观初始各向异性。
从压缩指数方面推断,颗粒之间的面与面的接触稳定性要强于边与边的接触。
(2)三轴剪切实验结果证实,上海第④层软粘土在剪切过程中会同时受到超固结比消散与结构衰减的影响。
统一本构模拟结果证实,在剪切过程中,超固结比的消散速率要远远大于结构性的衰减速率。
低围压的剪切过程中,土体首先以受到超固结比消散的影响为主,然后受到结构性衰减的影响。
而围压较高时,土体主要受到结构性衰减的影响。
这解释了在较低围压下,上海第④层软粘土的有效应力路径与较大围压下完全不同的原因。
由于上海第④层软粘土结构性的衰减导致在相同条件下的三轴排水剪切过程中,原状土的体变量为重塑土的2倍。
上海某超深基坑分区开挖数值计算及模型参数分析
邵治理;贾宝荣;侯征宇;罗鑫;张顺
【期刊名称】《施工技术(中英文)》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】以上海某挖深超过40m的超深基坑为分析案例,建立了超深基坑精细化流固耦合数值分析方法,通过实测数据和参数反演分析,研究了超深基坑多因素叠加耦合效应的围护结构变形分布规律和变形模式。
研究表明:相较于浅层土体开挖,深层土体开挖的变形效应更加明显,分层开挖的变形量和变形速率逐渐增加;模拟基坑开挖变形效应时,考虑围护结构的刚度折减是必要的,坑底承压水层降水有利于控制基坑变形,降水后深层土体开挖变形速率显著减小;围护结构变形的空间效应显著,地下连续墙角部几何形式对围护结构侧移影响较大;计算结果可以较好拟合实测结果,预测最大误差可控制在20%以内。
【总页数】9页(P23-30)
【作者】邵治理;贾宝荣;侯征宇;罗鑫;张顺
【作者单位】上海市机械施工集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU758
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4.超深基坑开
挖对超临近高层建筑影响的离心模型试验研究5.膨胀土地区深基坑开挖模型试验与数值计算研究
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软弱土层中典型地铁车站结构的动力响应特征引言随着城市化进程的加快和城市交通的发展,城市地下轨道的建设已经成为了现代城市建设的标志之一,在城市地下轨道工程中,软弱土层是一种常见的地质环境。
在软弱土层中建设地铁车站结构时,由于软弱土层本身的特性,车站结构在地震、风荷载等自然力的作用下会引起复杂的动力响应,因此研究软弱土层中典型地铁车站结构的动力响应特征是具有重要意义的。
本文将围绕软弱土层中典型地铁车站结构的动力响应特征展开讨论。
软弱土层的特征软弱土层是指土体强度低、塑性较大、压缩性较强、可压缩性强或具有较大边坡稳定性问题的一种土层。
软弱土层具有以下特征:•高度可压缩性:软弱土层中空隙较大,土体强度低,压缩性强,因此具有显著的可压缩性。
•易液化:地震等自然力作用下,软弱土层容易发生液化现象。
•抗剪切性差:软弱土层的剪切强度较低,容易发生塌陷、滑坡等地质灾害。
•土体非饱和状态:软弱土层具有较强的孔隙水压力效应,土体处于非饱和状态。
地铁车站结构的动力响应特征地铁车站结构是在软弱土层中建造的,具有以下特征:•结构柔性大:地铁车站主体结构一般采用钢筋混凝土框架结构,结构柔性大,对动荷载响应灵敏。
•空间复杂:地铁车站一般为多层空间结构,包括站台、进出口厅、地下通道等。
结构空间复杂,对动荷载的响应也较为复杂。
•建造深度大:地铁车站一般建在深埋地下,建造深度大,地基土体压力较大,容易引起土体变形和沉降。
因此,地铁车站结构在地震、风荷载等自然力的作用下会引起复杂的动力响应,具有以下特征:•建筑振动:地铁车站结构在地震、风荷载等自然力的作用下产生振动,导致地铁车站内设备、构件、墙壁等结构产生振动和变形。
•土体响应:地铁车站结构的振动将传递给软弱土层,软弱土层因此产生地震液化、侧向位移、沉降等响应。
•相互作用:地震、风荷载等自然力作用下,地铁车站结构振动和软弱土层响应之间存在着密切的相互作用。
相关研究进展为了探究软弱土层中典型地铁车站结构的动力响应特征,目前已经展开了大量的研究工作,主要包括以下内容:•地铁车站结构的动力响应数值模拟:通过有限元数值模拟等方法,模拟地铁车站结构在地震、风荷载等自然力的作用下的振动响应。
第28卷第3期 2D∞年6月 同济大学学报
JOURNAL OF TONG37 UNIVERSITY Vd 28№.3
200o
研究简报· 7,I 6 上海软土的动力计算模型
黄雨 , 陈竹昌 ,周红波 1同济大学地下建筑与工程系.上海20 ̄092;2上海建筑科学研究院,上海200032)
弋U
摘要:将上海饱和软土视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质.根据共振柱试验、动三轴试验,提出一种能 够全面考虑应力、应变、振动孔隙水压力、震陷的上海饱和软土等效线性化动力计算模型,并进行了较为详细的 参数研究.然后将其与B/or动力固结方程相结台.建立了土体有救应力动力计算方法.最后应用该方法对上海土 层进行了地震反应分析,并得到一些有益的结论.
关键词:地震惶塑茎圭;计算模型.动力固结;堕堡星应分析 土 劲刀玎鼻模型 中图分类号:TU 43 文献标识码:A 文章编号:0'253—374X(2.0 ̄)03—0359—05 ’ f 上tO- Dynamic Calculation Model of Shanghai Soft Soil
HU ̄'VG Yu‘CHEN 一chang ,ZHOUHong一60
(1 n £ofC,e ̄ecJm/cal F.ng/ne ̄ng.Ton ̄i£J . 20O092,c
Abstract..In this paper,shan曲ai saturated soft soil is modeled as a two—phase pomus media system consisting of SOM and fluid phases.On the basis of resonant colilnm test and dynamic triaxial test da|且of Shanghai saturated soft soil,the dy-nmrde calculation model ̄ncluding at SOt of rehtionships of stress,sn n,pore water pressure and earth- q, ̄ke subsidence is developed to compute the seismic response of soil.The procedure to identify soil constants for the d} ̄amic calculation n ̄del is also reperted in deta/1.Subsoquendy,a d ̄amic effective stzess arm1) ̄is tl1 the/hdte eleanent method has been reeonnnended to predict the seismic response of soil.Finally.the developed dynamic calcu- lation mode/together tl1 the d ̄amie effective stress analysis is utilized to predict the seismic respolase of Shanghai soil stratathroLl小thefinite elementmethod and solne valuable conelusions aIe obtainedfromthe results. Key w0rds:earthquake:saturated soft soil;calculation model;d)T ̄c consolidation;seisraic response
上海自公元288年有地震破坏的文字记录以来,发生过多次中强地震.1971年长江口4.8级地震、 1979年溧阳6.0级地震、1984年南黄海6.2级地震、1990年常熟太仓5.1级地震、1996年南黄海6.1级地 震,上海普遍有感.上海地区上部地层为第四纪三角洲滨海相沉积物,通称为上海软土.开展上海软土的动 力计算模型研究,对于上海的岩土工程抗震具有十分重要的意义.由于软土的区域性强,不同地区的土性 可能差异很大,如上海淤泥质牯土的塑性指数仅22左右,而许多粘土高达6o以上.目前,已有一些关于上 海软土动力性质的研究_1 .但是,可以全面考虑应力、应变、振动孔隙水压力和震陷规律,比较适用的上 海软土动力计算模型还没有,在这方面进行研究和探索很有必要. 本文研究内容属于等效线性化方法的动力计算模型.等效线性化方法的基本思想是根据土的动剪切 割线模量G、阻尼比#与剪应变幅值 之间的关系,通过迭代得到G. 与y相协调的等效线性体系,近似
收稿日期:1999~01—25 基金项目:上海市建设技术发展基金资助项目 作者简介:黄丽0973一).男,江苏南京人.讲师,工学博士
维普资讯 http://www.cqvip.com 同挤大学学报 第28卷 求解土的非线性动力反应.Martin等曾对6个不同场地,分别采用等效线性化方法和真非线性方法进行了 地震反应分析,结果表明两者基本一致_3].
1计算模型 1.1梗量公式 试验研究表明,土的动剪切割线模量G与动剪应变幅值y之间的关系基本符合双曲线关系,1972年, Hardin和Drttevieh提出了预测G/G一一y的经验关系,即著名的Hardin—Dmevich模型- .后来,Seed和 Martin发现Davidenkov模型可以更好地描述各类土的剪应力与剪应变之间的关系. 本文的模量公式采用Davidenkov模型,G/G~一y关系式如下: G/G :1一H(y) (1) 其中: 附 :[ r ㈤
式中:A,B是试验参数,当A=1.0,B:0.5时与Hardin—Dme ̄ich公式相同;G一是最大动剪切模量,可以 通过试验或经验公式确定; :r √G一是参考剪应变,r一为y足够大时,以土的抗剪强度为渐进线的r 的极限值,一般可取y:0.01时的r值.当剪应力r作用于水平面上时,可l 近似地根据奠尔一库伦破坏 理论按下式计算:
r一: /[T1+ko
+c 耐) 一( )
式中:k0为静止土压力系数; 为土承受的静止竖向正应力 根据上海土层的试验资料,本文对模量公式中参数 A,B和最大动剪切模量G一的取值分别进行了数理统计 分析. 上海土层模量公式中参数A,B的参考值见表1. 最大动剪切模量G一可用共振柱法测定,Hardin等提 出了适用于各类土的经验关系为 G~:c -.o…05{i )“ ㈤
表l上海软±模量公式参数A.丑的参考值 Tab.1 RI蛙嘟ce Ya]lll ̄of岛Ⅻ soft s胡 modularformula’s p 瑚£ers:A and B
式中:c是与土类有关的试验常数;e是孔隙比; 是土的———— 平均有效固结应力;OcR是土的超固结比; 是塑性指数,n有关的参数. 本文以此公式为基本关系式,将收集到的上海土层共振柱试验资料进行了数理统计分析,得到以下经 验关系式: 1 , 一 、0 5 c一=c ·01×l l ) (5)
其中,对于粘性土c=353.2,粉性土c=450.7,砂性土c=485.4.除了表层硬壳层、暗绿色硬土层等是超固 结土外,以粘土、淤泥质粘土为主的上海土层属于微超固结土层,平均Ocst 1.10,因此可近似看作正常固 结土. 图1是根据以上模量公式预测的上海粘性土剪切模量比变化规律与实测值的比较. 1.2阻尼公式 根据有关试验结果,土的滞回曲线可用如下经验公式表示:
}/f一=(1一G/G一) (6) 式中: 为最大阻尼比,对于上海粘性土,f~=O.30,其它土,#一=O.25;.9为f—G曲线的形状系数,对 于太多数土,口在O.2~1.2之间,上海土的口可取1.0.图2是本文模量公式预测的上海粘性土阻尼比 与剪应变的变化规律同试验实测数据的比较.
维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 黄雨,等:上海软土的动力计算模型 图l上海粘性土剪切模量比与剪应变的关系 E .1 ghai c ey s0d’s 0It蛳 ̄t,cArl shearmodulus 蚰O aDd shemr sttiCm
固2上海粘性土阻尼比与剪应变的关系 rig.2孙Ⅻ elaye ̄soil’sId甜Dn I ̄P,vt'enmm咖ratio aDd shear slriCm
1.3振动孔隙水压力增长公式 ’ 根据现有试验条件,本文经过较多试验分析,认为上海地区粘性土的 。 振动孔隙水压力P的增长模型可以采用以下经验公式:0 p/a0= (7) 羞0 式中: 为初始平均有效应力;Ⅳ是累计振动次数;o,6是试验参数,可参 0 照表2取值.表中r是动剪应力 与初始平均有效应力 的比值.图3为 表2上海地区粘性土的a,b试验参数 Tab.2 Test-,-alue of a aDd b hel ̄#agt0Ⅱle Ⅻ clayey soil 图3上海淤泥质粘土孔压比 随Ⅳ的变化 F .3 咖i岫day’s Ⅷ蒯∞of p0re"e,.ater prcsmre ratio andN r分别等于O.23和0.25时,上海淤泥质粘土的孔压比计算值与实测值的
对比. 上海地区砂性土的振动孔隙压力P增长模型可以采用下式表示:
p/do=(1一 】)2hi arcsin(N/Nf)南 (8) 式中: 】是静应力水平,即z-0/r一;m是试验参数,一般取1.0~1.2;0为常数,一般取0.7;N 是无初始水 平剪应力情况下达到破坏所需的振动次数. 的确定与采用的动强度破坏标准有关 在动强度试验的试验资料整理中,常用的有三种破坏标准: 极限平衡标准、液化标准和破坏应变标准.上海地区的肌可参考下式确定 ]: 毋=(q~/p jf=删 (9) 式中:R 是动强度;g…P 分别是动三轴试验的循环应力和平均正应力.土的动强度采用破坏应变标准. 在等压固结条件下,M取双幅应变达到5%时的振动周数.在偏压固结条件下,jvf取总应变幅达到5%的 振动周数.m,n是试验常数,对于砂土分别等于0.71和一0.059,对于粘土分别等于0.533和一0.058. 1.4震陷的计算 地震后土体要产生不同程度的永久变形,即震陷.地震所产生的永久变形,可以分为三类:土体振密引 起的变形(体积残余变形)、土体形状变化引起的变形(形状残余变形)、地基土流失引起的变形.饱和土的 第一类震陷变形,可以根据振动孔隙水压力的增长、扩散和消散计算来确定.第二类震陷变形的计算较为 复杂,必须首先通过试验建立饱和土样在体积没有变化的不排水条件下,受动应力作用所产生的残余应变 与表示振动严重程度的振次比或孔压比的关系,然后再分析振动所产生的这种残余变形.第三类震陷目前 还无法计算,只有通过工程地质勘察和工程措施以避免发生. 有限元计算第一类震陷所产生的体积变形时,可用初应力法.即把每一时段各单元产生的振动孔隙水 压力增量△p作为初应力,再将其转化为结点等效荷载,就可求出永久变形.计算形状变形引起的第二类 永久位移时,可用初应变法,即把根据室内试验的残余应变经验公式得到的每一时段各单元产生的形状残