软土地下工程抗震数值模拟的若干关键问题
|
摘要
针对我国地下工程建设项目抗震安全性能设计和评估的需求,并基于目前缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的地下结构抗震设计规范的现状,重点阐述了采用有限元方法进行地下工程数值模拟和分析时需要特别关注的三方面问题:计算范围、土-结构动力相互作用和边界条件。着重分析了有限元网格的划分、土-结非线性接触问题和不同边界条件的适用性,以及这些建模条件对计算结果可靠性的影响。对基于数值手段开展地下工程抗震安全性能的计算、分析和评价,制定地下结构抗震设计规范或规程,可提供有益参考。
For lacking of complete seismic analysis methods and special seismic design codes for underground structures,three aspects,namely: calculation range,soil-structure interaction and boundary conditions,to which close attention should be paid when FEM is used to numerically simulate and analyze underground structures during earthquake are elaborated to satisfy the demand for seismic performance design and evaluation of underground projects in China.Discussions are made on finite element meshing,nonlinear soil-structure contact element,the applicability of different boundary conditions and the influence on the results reliability caused by different modeling methods.The research and solution of these problems provide useful references to numerical method based seismic performance calculation,analysis and evaluation,and are also beneficial to establish codes for seismic design of underground structures.
For lacking of complete seismic analysis methods and special seismic design codes for underground structures,three aspects,namely: calculation range,soil-structure interaction and boundary conditions,to which close attention should be paid when FEM is used to numerically simulate and analyze underground structures during earthquake are elaborated to satisfy the demand for seismic performance design and evaluation of underground projects in China.Discussions are made on finite element meshing,nonlinear soil-structure contact element,the applicability of different boundary conditions and the influence on the results reliability caused by different modeling methods.The research and solution of these problems provide useful references to numerical method based seismic performance calculation,analysis and evaluation,and are also beneficial to establish codes for seismic design of underground structures.
引文
[1]Iida H,Hiroto T,Yoshida N,et al.Damage to Daikai subway station[J].Soils and Foundations,Special Issue,1996,283-300.
[2]王文礼,苏灼谨,林峻弘,等.台湾集集大地震山岳隧道受损情形之探讨[J].现代隧道技术.2001,38(2):52-60.
[3]龚士良.台湾地震灾害及其环境地质问题[J].灾害学,2002,17(4):76-81.
[4]Kaneshiro J Y,Power M,Rosidi D.Empirical correlations of tun-nel performance during earthquakes and aseismic aspects of tunnel design[A].Proceedings of the Conference on Lessons learned From Recent EarthquakesOn Earthquakes in Turkey1999[C].Novem-ber8～11,2000.
[5]同济大学土木工程防灾国家重点实验室.汶川地震震害[M].上海:同济大学出版社,2008.
[6]龚士良.地震次生地质灾害风险评估集对态势分析[J].四川地质学报,2010,(1):118-122.
[7]刘昌森,吕美丽.上海地区地震放大效应的初步探讨[J].上海地质,1998,19(1):7-13.
[8]李晓.上海地区晚新生代地层划分与沉积环境演化[J].上海地质,2009,30(1):1-7.
[9]方世忠,李震,李寅.土地集约利用背景下的地下空间开发[J].上海国土资源,2011,32(1):28-32.
[10]姚荷孙.上海民防工程建设与地下空间开发利用[J].上海国土资源,2011,32(2):95-98.
[11]严学新,方正,曾正强,等.上海地下空间开发环境地质问题分析[J].上海地质,2004,25(1):1-5.
[12]龚士良,叶为民,陈洪胜,等.上海深基坑工程地面沉降评估理论与方法[J].中国地质灾害与防治学报,2008,19(4):55-60.
[13]龚士良.上海地区地质灾害危险性评估关键技术问题研究[J].中国地质灾害与防治学报,2007,18(3):92-96.
[14]黄雨,李景琳.国际工程地质研究中的若干热点科学问题[J].上海地质,2010,31(2):1-7.
[15]龚士良.地质灾害防治集对论优态共存准则[J].灾害学,2009,24(3):16-21.
[16]吕炳全,孙继武.弹性和弹塑性有限元分析在区域构造研究中的应用[J].上海地质,1992,13(4):1-8,22.
[17]何跃平,朱合华,付艳斌,等.软土地基三维粘弹性反演分析与变形预测研究[J].上海地质,2005,26(2):16-18,23.
[18]余德浩.科学与工程计算研究的回顾与展望[J].中国科学院院刊,2001,(6):403-407.
[19]刁心宏.地下工程数值模拟若干问题的处理方法[J].华东交通大学学报,2009,26(2):29-33.
[20]陆庆臻,逢成万,晏成明.地下结构动力仿真数值分析与模型试验[J].淮南职业技术学院学报,2008,8(27):69-73.
[21]孙钧.岩土力学与地下工程结构分析计算的若干进展[J].力学季刊,2005,26(3):329-338.
[22]陈国兴.土—地下结构的非线性动力相互作用:理论及应用[J].自然灾害学报,2006,15(6):174-181.
[23]刘如山.强地震动作用下地铁结构与土脱开滑移的研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(6):136-141.
[24]郭海柱,张庆贺.土与结构接触面模型的对比研究[J].地下空间与工程学报,2009,5(6):1145-1150.
[25]李彬.地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[D].清华大学博士学位论文,2005.
[26]谷拴成,朱彬,杨尚荣.地下结构动力响应分析中人工边界的影响[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2007,26(3):375-377.
[27]楼梦麟,王文剑,朱彤,等.土结构体系振动台模型试验中土层边界影响问题[J].地震工程与工程振动,2000,20(4):30-36.
[28]廖振鹏.工程波动理论导论(第2版)[M].北京:科学出版社,2002.
[29]赵密.粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D].北京工业大学硕士学位论文,2004.
[30]Deeks A J,Randolph M F.Axisymmetric time-domain trans-mitting boundaries[J].Journal of Engineering Mechanics,1994,120(1):25-42.
[31]廖振鹏,周正华,张艳红.波动数值模拟中透射边界的稳定实现[J].地球物理学报,2002,45(4):533-545.
[32]刘晶波,王振宇,杜修力,等.波动问题中的三维时域粘弹性人工边界[J].工程力学,2005,22(6):46-51.
[33]朱以文,蔡元奇,徐晗.ABAQUS与岩土工程分析[M].北京:中国图书出版社,2005.
[2]王文礼,苏灼谨,林峻弘,等.台湾集集大地震山岳隧道受损情形之探讨[J].现代隧道技术.2001,38(2):52-60.
[3]龚士良.台湾地震灾害及其环境地质问题[J].灾害学,2002,17(4):76-81.
[4]Kaneshiro J Y,Power M,Rosidi D.Empirical correlations of tun-nel performance during earthquakes and aseismic aspects of tunnel design[A].Proceedings of the Conference on Lessons learned From Recent EarthquakesOn Earthquakes in Turkey1999[C].Novem-ber8～11,2000.
[5]同济大学土木工程防灾国家重点实验室.汶川地震震害[M].上海:同济大学出版社,2008.
[6]龚士良.地震次生地质灾害风险评估集对态势分析[J].四川地质学报,2010,(1):118-122.
[7]刘昌森,吕美丽.上海地区地震放大效应的初步探讨[J].上海地质,1998,19(1):7-13.
[8]李晓.上海地区晚新生代地层划分与沉积环境演化[J].上海地质,2009,30(1):1-7.
[9]方世忠,李震,李寅.土地集约利用背景下的地下空间开发[J].上海国土资源,2011,32(1):28-32.
[10]姚荷孙.上海民防工程建设与地下空间开发利用[J].上海国土资源,2011,32(2):95-98.
[11]严学新,方正,曾正强,等.上海地下空间开发环境地质问题分析[J].上海地质,2004,25(1):1-5.
[12]龚士良,叶为民,陈洪胜,等.上海深基坑工程地面沉降评估理论与方法[J].中国地质灾害与防治学报,2008,19(4):55-60.
[13]龚士良.上海地区地质灾害危险性评估关键技术问题研究[J].中国地质灾害与防治学报,2007,18(3):92-96.
[14]黄雨,李景琳.国际工程地质研究中的若干热点科学问题[J].上海地质,2010,31(2):1-7.
[15]龚士良.地质灾害防治集对论优态共存准则[J].灾害学,2009,24(3):16-21.
[16]吕炳全,孙继武.弹性和弹塑性有限元分析在区域构造研究中的应用[J].上海地质,1992,13(4):1-8,22.
[17]何跃平,朱合华,付艳斌,等.软土地基三维粘弹性反演分析与变形预测研究[J].上海地质,2005,26(2):16-18,23.
[18]余德浩.科学与工程计算研究的回顾与展望[J].中国科学院院刊,2001,(6):403-407.
[19]刁心宏.地下工程数值模拟若干问题的处理方法[J].华东交通大学学报,2009,26(2):29-33.
[20]陆庆臻,逢成万,晏成明.地下结构动力仿真数值分析与模型试验[J].淮南职业技术学院学报,2008,8(27):69-73.
[21]孙钧.岩土力学与地下工程结构分析计算的若干进展[J].力学季刊,2005,26(3):329-338.
[22]陈国兴.土—地下结构的非线性动力相互作用:理论及应用[J].自然灾害学报,2006,15(6):174-181.
[23]刘如山.强地震动作用下地铁结构与土脱开滑移的研究[J].地震工程与工程振动,2004,24(6):136-141.
[24]郭海柱,张庆贺.土与结构接触面模型的对比研究[J].地下空间与工程学报,2009,5(6):1145-1150.
[25]李彬.地铁地下结构抗震理论分析与应用研究[D].清华大学博士学位论文,2005.
[26]谷拴成,朱彬,杨尚荣.地下结构动力响应分析中人工边界的影响[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2007,26(3):375-377.
[27]楼梦麟,王文剑,朱彤,等.土结构体系振动台模型试验中土层边界影响问题[J].地震工程与工程振动,2000,20(4):30-36.
[28]廖振鹏.工程波动理论导论(第2版)[M].北京:科学出版社,2002.
[29]赵密.粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D].北京工业大学硕士学位论文,2004.
[30]Deeks A J,Randolph M F.Axisymmetric time-domain trans-mitting boundaries[J].Journal of Engineering Mechanics,1994,120(1):25-42.
[31]廖振鹏,周正华,张艳红.波动数值模拟中透射边界的稳定实现[J].地球物理学报,2002,45(4):533-545.
[32]刘晶波,王振宇,杜修力,等.波动问题中的三维时域粘弹性人工边界[J].工程力学,2005,22(6):46-51.
[33]朱以文,蔡元奇,徐晗.ABAQUS与岩土工程分析[M].北京:中国图书出版社,2005.
版权所有：© 2023 中国地质图书馆 中国地质调查局地学文献中心