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错动-地震耦合作用下地裂缝场地地铁车站结构抗震性能评估研究

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土木工程学报 2024年

作者：熊仲明李润鹏熊俊龙陈轩陈帜西安建筑科技大学土木工程学院西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西省结构与抗震重点实验室

地裂缝场地上、下盘土体的错动和地震作用严重威胁所处场地工程结构的安全。为准确评价高烈度地区地裂缝场地地下结构的性能状态，以处于西安f4地裂缝地铁车站结构为研究对象，通过Abaqus有限元软件建立了土-结构相互作用的数值分析模... 详细信息

地裂缝场地上、下盘土体的错动和地震作用严重威胁所处场地工程结构的安全。为准确评价高烈度地区地裂缝场地地下结构的性能状态，以处于西安f4地裂缝地铁车站结构为研究对象，通过Abaqus有限元软件建立了土-结构相互作用的数值分析模型。采用增量动力分析法(IDA)，开展了地裂缝上、下盘土体发生错动后地铁车站结构的地震易损性分析，建立了不同工况输入下结构的概率地震需求模型和结构地震易损性曲线，得到了结构在地裂缝错动-地震耦合作用下不同破坏状态的超越概率，定量给出了结构在不同性能水准下的失效概率。研究结果表明：地面峰值加速度(PGA)能更好地适用于地裂缝场地地铁车站的地震响应预测和抗震性能评估。当地裂缝场地上、下盘土体错动量超过50 mm时，车站结构底部形成的脱空区域加剧了车站结构的地震响应，导致结构更容易发生破坏甚至倒塌；在完整场地和地裂缝场地无错动工况下，车站结构能够满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防要求。该研究结果可为地裂缝场地地下结构抗震设计和灾害预测提供参考。

关键词：地裂缝地铁车站错动-地震耦合作用易损性分析抗震性能评估

基于三维隔震的穿越地裂缝地铁车站地震反应控制研究

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土木工程学报 2024年

作者：熊仲明陈帜许健健陈轩阿鑫西安建筑科技大学土木工程学院陕西省岩土与地下空间工程重点实验室青海省建筑建材科学研究院有限责任公司青海省高原绿色建筑与生态社区重点实验室

穿越地裂缝地铁车站易发生严重地震破坏。文章基于地震动作用下地裂缝场地双向变形特征和结构破坏机理，探究穿越地裂缝地铁车站中柱三维隔震的适用性。考虑土与结构相互作用，建立穿越地裂缝地铁车站三维隔震结构数值模型。采用动力时... 详细信息

穿越地裂缝地铁车站易发生严重地震破坏。文章基于地震动作用下地裂缝场地双向变形特征和结构破坏机理，探究穿越地裂缝地铁车站中柱三维隔震的适用性。考虑土与结构相互作用，建立穿越地裂缝地铁车站三维隔震结构数值模型。采用动力时程分析法，以无隔震与水平隔震结构为对比工况，研究穿越地裂缝地铁车站的三维隔震效果，并进一步揭示隔震机理。结果表明：单一的中柱水平隔震难以满足结构的地震反应控制需求；三维隔震支座不仅显著降低了中柱的地震反应，而且有效削弱了地震动作用下地裂缝上、下盘相对沉降对支座隔震效果和中柱抗震能力的不利影响，从而维持较高的减震水平；三维隔震后，车站结构侧墙内力增大而层间位移角的变化与其埋深、地震动强度与频谱特性等因素有关，车站结构顶、底板内力和变形均增大；车站结构抗震薄弱构件由中柱转变为顶板，而中柱和侧墙等竖向承载构件不发生严重地震破坏，避免结构倒塌。研究以期为地裂缝场地地下框架结构的灾变控制提供参考依据。

关键词：地裂缝三维隔震地铁车站时程分析

基于静力推覆分析的穿越地裂缝浅埋地铁车站地震破坏模式研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 54-63,70页

作者：熊仲明陈帜陈轩郑坤阿鑫西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室西安710055 青海省建筑建材科学研究院有限责任公司西宁810008 青海省高原绿色建筑与生态社区重点实验室西宁810008

以处于西安f4地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明:针对地裂缝... 详细信息

以处于西安f4地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明:针对地裂缝场地地下结构的Pushover分析方法能够较真实地反应地震作用下地裂缝场地的活动特征和地下结构的破坏特点。在水平地震作用下,趋于稳定状态的地裂缝上、下盘土体主要进行张合活动(相互挤压与分离)。其中,相互挤压会对结构中柱施加明显附加压弯作用。地裂缝场地土体的水平剪切变形是结构破坏的主要外在因素,而地裂缝活动造成的附加压弯作用会进一步增大中柱轴压比,降低中柱的变形能力,加速结构的地震破坏。在地裂缝场地特征变形作用下,结构底层中柱水平剪切变形能力相对较弱,且结构剪力表现出明显的空间分布规律,上盘结构底层中柱是结构的抗震关键构件。研究结果对该类结构的抗震设计具有重要参考价值。

关键词：地裂缝地铁车站静力推覆分析破坏模式

基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究

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防灾减灾工程学报 2024年第2期44卷 362-371页

作者：熊仲明熊俊龙王泽坤陈轩西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055 陕西省结构与抗震重点实验室陕西西安710055 西北政法大学基建处陕西西安710122

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析,以一跨越西安f4地裂缝的五层框架结构为研究对象,基于振动台试验和ABAQUS有限元分析结果,进行了BP神经网络模型的模型训练,选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标,采用加权系数法... 详细信息

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析,以一跨越西安f4地裂缝的五层框架结构为研究对象,基于振动台试验和ABAQUS有限元分析结果,进行了BP神经网络模型的模型训练,选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标,采用加权系数法,开展了构件、楼层、结构三个层面的损伤预测分析,给出了不同地震作用下结构损伤程度评估。结果表明:地裂缝场地结构表现出明显上下盘效应,结构首层为薄弱层。BP神经网络损伤预测值与有限元计算值在不同工况下均较为一致,其对于构件、层间、整体结构损伤指数预测最大误差分别为8.86%、5.66%、7.57%,该研究成果为跨越地裂缝结构的性能评估提供一种准确且高效的研究方法。

关键词：地裂缝框架结构数值分析神经网络损伤预测

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地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

岩土工程学报 2022年第2期44卷 384-391,I0007页

作者：陈轩熊仲明陈帜西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全。通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律。试验结果表明:模型土在临近... 详细信息

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全。通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律。试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁车站峰值加速度沿结构高度的分布规律与地震强度有关,即小震作用下结构峰值加速度呈现随结构高度增大而增大的倒三角分布,强震作用下则呈现顶部和底部较大、中部相对较小的"K"型分布;地裂缝场地地铁车站地震破坏模式是地裂缝场地水平剪切变形和竖向上、下盘的错动作用使结构产生明显变形,中柱发生严重的剪压破坏,侧墙与楼板连接处出现一定的受拉损伤,从而导致结构失效;考虑竖向地震作用后,地裂缝场地地铁车站破坏更为严重,这是由于竖向地震增大了地裂缝场地动力放大效应和上、下盘错动作用。

关键词：地裂缝地铁车站结构振动台试验地震反应

地裂缝场地地铁车站振动台试验和数值模拟研究

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工程力学 2023年第7期40卷 228-238页

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特... 详细信息

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特征。同时,采用有限元软件ABAQUS建立有无地裂缝场地条件下车站的三维数值模型,研究了2类场地条件下地铁车站层间位移角和地震损伤分布规律。结果表明:水平和竖向地震共同作用时,地裂缝场地上、下盘动力差异响应和车站加速度反应较单向水平地震作用时明显增大。相较于无地裂缝场地车站,地裂缝场地车站的层间位移角明显增大,其构件损伤发展更加剧烈。这是由于地裂缝场地土与车站之间易出现脱空区,造成车站振动反应增强;同时,竖向地震引起的地裂缝场地上下盘错动会产生对车站附加的剪切作用,使其中柱更易发生严重损伤而导致结构整体破坏。

关键词：地裂缝地铁车站振动台试验动力反应地震损伤

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富水砂层盾构始发遇困地段降水技术研究

铁道工程学报 2022年第1期39卷 114-120页

作者：熊仲明覃泽宏张自光蔡虹西安建筑科技大学西安710000 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室合肥230601 中铁四局集团有限公司合肥230041

研究目的:针对江苏淮安富水砂层地铁盾构始发遇困地段降水技术难题,需对现行规程中的基坑涌水量计算模型进行改进,以得到适合富水砂层地区的盾构井基坑承压水计算方法,并按改进方法设计降水方案。研究结论:(1)针对基坑内承压水降水、基... 详细信息

研究目的:针对江苏淮安富水砂层地铁盾构始发遇困地段降水技术难题,需对现行规程中的基坑涌水量计算模型进行改进,以得到适合富水砂层地区的盾构井基坑承压水计算方法,并按改进方法设计降水方案。研究结论:(1)针对基坑内承压水降水、基坑外承压水降水两种情况,分别对涌水量计算方法和降水漏斗曲线进行了改进;(2)按改进方法实施的方案达到了预期降水效果,现场实测数据与理论计算、数值模拟结果相符,验证了改进计算方法的合理性;(3)江苏淮安地铁盾构基坑改进方案的有效实施可为类似环境下、带地连墙围护结构的深基坑降水提供借鉴与参考。

关键词：承压水非完整井基坑降水地连墙富水砂层降水漏斗曲线

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地裂缝场地地震破坏特征及力学响应研究

土木工程学报 2022年第7期55卷 90-97,107页

作者：张朝熊仲明原晓露孟毅欣韩志强内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学矿山安全与地下工程院士专家工作站内蒙古包头014010 西安建筑科技大学陕西西安710055 内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010

为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响... 详细信息

为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响应的影响规律。研究结果表明:地震作用下,上盘土体的地震响应比下盘更大,裂缝出现时间更早,破坏更严重;随着地震强度的增大,土体损伤加剧,刚度大幅退化,两盘土体的动力特性趋于一致,动力响应的“上下盘效应”也不再显著;加速度放大系数由土体底部到顶部逐渐增大,表现出明显的放大效应,但不同土层、不同地震波的放大程度不尽相同;地裂缝场地构造特征会影响地震波在土体介质中的传播方式,改变场地的振动特性。

关键词：地裂缝场地振动台模型试验数值模拟动力响应地震损伤

地震动参数对地裂缝场地动力响应的影响规律研究

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地震工程与工程振动 2022年第5期42卷 110-118页

作者：张朝聂绪致熊仲明许有俊张旭内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学矿山安全与地下工程院士工作站内蒙古包头014010 内蒙古科技大学内蒙古自治区高校城市地下工程技术研究中心内蒙古包头014010 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为系统地研究地震动参数对地裂缝场地土体动力响应的影响规律,探究动力放大系数在地裂缝场地土体内部的分布规律,以西安地裂缝为研究对象,开展了地裂缝场地土体振动台物理模型试验和数值模拟分析。研究结果表明:加速度和Arias强度放大... 详细信息

为系统地研究地震动参数对地裂缝场地土体动力响应的影响规律,探究动力放大系数在地裂缝场地土体内部的分布规律,以西安地裂缝为研究对象,开展了地裂缝场地土体振动台物理模型试验和数值模拟分析。研究结果表明:加速度和Arias强度放大系数从模型土底部到顶部逐渐增大,地表放大系数远大于土体底部的;在单向或者多向地震作用下,地裂缝场地上、下盘有不同的动力响应规律,表现出上下盘效应和非一致性,上盘的动力响应更剧烈,影响范围更大;随着地震动强度的增大,上、下盘的动力放大效应均呈减弱趋势,同时上、下两盘的数值差异逐渐减小,上下盘效应也不再显著;地震波输入方向、频谱特性以及强震持时均对地裂缝场地的动力响应有很大影响,但影响规律和程度不尽相同。

关键词：地裂缝场地振动台试验数值模拟地震动参数动力响应