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原文传递车站-土体-桩基强震响应与离心模型试验研究

论文题名：	车站-土体-桩基强震响应与离心模型试验研究
关键词：	地铁车站;邻近高层建筑桩基;可液化砂土场地;地震动力响应;离心机振动台
摘要：	中国越来越多的城市开通轨道交通,大城市轨道交通线路越来越四通八达，地铁车站周围的环境也越来越复杂。中国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地震断裂带十分发育，发生强震时，地铁车站等地下结构也存在较大的破坏风险。本文通过数值模拟和离心机振动台试验研究了邻近高层建筑桩基对可液化砂土场地中地铁车站强震响应的影响规律，研究成果为地铁车站抗震设计提供参考。本文的主要研究内容有以下3个方面。　　（1）饱和砂土自由场的液化研究是可液化场地车站动力响应研究的基础，基于FLAC3D建立了饱和砂土自由场流固耦合动力分析模型，引入了双向比代表竖向地震荷载的相对大小，定义了超孔压比作为场地液化的判别标准。以Darfield波作为基本波形，分析了不同加速度峰值、不同双向比下自由场不同埋深处的液化发展规律。在饱和砂土自由场中，埋深越小的单元达到液化状态用时越短、液化程度越大、维持在液化状态的时间越长。地震荷载的加速度峰值越大，场地超孔隙水压力、超孔压比上升得越快，场地浅部越易液化。竖向地震荷载对饱和砂土自由场的液化有一定的限制作用。场地土发生液化时将降低土体传播地震波的能力，使地表响应加速度出现衰减效应。　　（2）在砂土自由场模型中引入车站，建立地铁车站-砂土相互作用体系模型，由于车站与土体的相互作用增大了砂土的有效应力，车站周围场地土较自由场更不易液化。在地铁车站-砂土相互作用体系模型的基础上进一步引入高层建筑桩基，对比无桩基和仅车站左侧5m处、7.5m处、10m处分别存在桩基以及车站两侧5m处均存在桩基5种模型下车站及场地的动力响应规律，讨论了桩基数量、桩基与车站间距对车站动力响应及场地液化规律的影响。发现桩基限制场地液化，车站两侧都有桩基时限制作用比仅一侧有桩基更显著。桩基的存在增大了地震过程中车站中柱的应力响应。桩基与车站间距对车站应力响应的影响较小。　　（3）以微粒混凝土+铁丝制作地铁车站相似缩尺模型，以304不锈钢制作高层建筑桩基模型，以水中砂雨法制备模型地基，进行了3组离心机振动台试验。砂土自由场模型试验评估了模型箱的边界效应；车站-土相互作用模型试验与桩基-土-车站相互作用模型试验的对比分析包括两组试验中的场地孔隙水压力、场地与结构响应加速度、场地沉降、车站微应变、土压力。高层建筑桩基在地震过程中会产生较大沉降，从而挤压周围土体，使地铁车站产生更大的上浮，同时也限制了车站另一侧土体的沉降。桩基的存在会增大车站顶板竖向土压力、增大其邻近车站侧墙的水平向土压力，对另一侧侧墙的水平向土压力影响较小。
作者：	闫家森
专业：	岩土工程
导师：	崔振东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022