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原文传递强震地表破裂带附近桥梁地震反应拟静力实验及数值模拟

论文题名：	强震地表破裂带附近桥梁地震反应拟静力实验及数值模拟
关键词：	桥梁震害;强震地表破裂带;地震反应;拟静力实验;数值模拟
摘要：	基于性能的桥梁抗震设计方法得到广泛应用，但近/跨断层等极端地震作用下桥梁的破坏机理研究不多，这对强震频发、断裂带纵横交错地域桥梁的修建及在役运行带来了严峻的挑战。　　为试探究桥梁场地在基岩位错下受其覆盖层土体破裂的机理和桥梁的抗断裂能力，本文基于强震地表破裂场地对桥梁震害的分析，研制了紧邻倾滑型强震地表破裂场地桥梁模型实验装置和同步加载系统；完成了7种典型工况的紧邻倾滑型强震地表破裂带桥梁震害实验；并基于实验结果初步给出了紧邻发震断裂带桥梁场地破坏的仿真分析程序。　　主要内容有：　　（一）对不同土性（砂、粘性土）的覆盖层土体进行了低倾角逆断层自由场地实验。　　（1）粘性土场地浅表层的不均匀沉降影响范围更广，约为砂土场地的1.5倍；两种土性地表的不均匀沉降差远远大于规范的0.01°可达2°。（2）两种土性的土压力变化都主要集中在覆盖层的深层土体，而表层土未受到明显扰动；粘性土场地在深层土体的影响范围超过砂土场地。　　（二）对砂土覆盖层土体进行了低倾角逆断层桥梁场地实验和对应的自由场地实验。　　（1）桥梁非自由场地的不均匀沉降影响范围更广，约为自由场的1.5倍；在桥梁场地完全破裂时，上盘出现不均匀性凹陷，约为自由场的3倍；土体表面出现的张拉破裂带引起的不均匀沉降，约为自由场的3倍；桥梁场地的不均匀沉降差远远大于规范的0.01°可达6°。（2）桥梁场地对覆盖层土体中部的土压力影响宽度更大。　　（三）对砂土覆盖层土体进行了高倾角正断层桥梁场地实验和对应的自由场地实验。　　（1）自由场地和桥梁场地的不均匀沉降影响范围差别不大，在桥梁场地完全破裂时，土体表面张拉破裂带引起的不均匀沉降相对自由场地较小，推测桥梁结构的存在的对此类场地的不均匀沉降有抵御作用。（2）桥梁场地在覆盖层土体中部土压力影响范围与自由场地相差不大。　　（四）改变断层倾角，对逆断层砂土覆盖层桥梁场地实验进行了对比分析。　　（1）低倾角桥梁场地的地表破裂带影响范围比高倾角桥梁场地的更大约为其2倍，但高倾角时不均匀沉降差和倾斜度更大约为其1.5-2倍；低倾角时在基岩位错较大时在主破裂带上盘出现张拉凹陷，而高倾角时在较小基岩位错时出现上盘张拉凹陷并随着基岩加载位移量增大凹陷区增大。（2）低倾角时覆盖层底、中部土压力影响范围比高倾角的更大，而在覆盖层浅表面高倾角土压力影响范围远大于低倾角时。（3）随着断层倾角增大，桥面板的应变约为其它增大位置处的3-5倍，造成了桥面板的开裂破坏。　　（五）改变断层类型，对高倾角砂土覆盖层桥梁场地实验进行了对比分析。　　（1）逆断层桥梁场地在较小基岩位错时在上盘主破裂带出现张拉凹陷并随着基岩位错增大凹陷区增大；正断层桥梁场地沿着基岩两盘断裂的垂直方向在土体表面出现一定深度的张拉破裂带及其上盘出现表面凹陷。逆断层桥梁场地的不均匀沉降影响范围更大，约为正断层桥梁场地的1.5倍；正断层桥梁场地实验的沉降差更大，在逆断层桥梁场地完全破裂时，上盘出现不均匀凹陷；正断层桥梁场地土体表面张拉破裂带引起的不均匀沉降，约为逆断层桥梁场地的2.5倍。（2）当基岩位错很大时，正断层桥梁场地的桥面板放大系数相对逆断层桥梁场地提高到了2.0；正断层桥梁场地桥面板应变明显增大，约为其它增大位置处的2~2.5倍。　　（六）改变覆盖层土体，对高倾角正断层桥梁场地实验进行了对比分析。　　（1）两种土性场地不均匀沉降范围比较接近；砂土场地不均匀沉降差在场地完全破裂时，粘性土场地不均匀沉降差更大。（2）砂土桥梁场地相对粘性土桥梁场地，桩体、承台应变没有明显的改变；粘性土覆盖层场地桥墩的应变比砂土桥梁场地提高了3倍；粘性土覆盖层场地桥面板应变急剧增加，比砂土覆盖层场地应变增大了15倍。　　（七）基于同工况的大尺寸现场模型实验对比验证分析，较为符合地开发出了强震地表破裂桥梁场地数值仿真分析程序。
作者：	张昊南
专业：	资源与环境
导师：	张建毅;刘红帅
授予学位：	硕士
授予学位单位：	防灾科技学院
学位年度：	2023