上海世博会地下变电站围护结构及周围土体地震反应分析与研究

摘要

随着城市建设的发展和地下空间的开发，各类地下建筑物大量兴建。地下结构在水利水电、交通运输、市政建设、军事和人防工程中得到了广泛的应用。由于我国是一个地震多发国家，大部分地区为地震设防区，而由于缺少足够的基础资料，目前对于这些地下建筑物还没有一种较为成熟的抗震设计方法。这使得地下结构抗震研究的重要性和紧迫性日益增加，地下结构抗震设计已经成为一个急待解决的问题。 本文采用三维快速拉格朗日法程序FLAC<'3D>，对上海世博会500kV地下变电站围护结构以及周围土体动力反应问题进行了深入细致的分析研究。研究中考虑包括静力、动力以及地下承压水的影响。土体采用摩尔一库伦模型，孔压模型采用Finn模型，动力边界条件采用自由场边界，建立了合理的计算模型，力求更真实地反映围护结构在动力作用下的响应。研究主要内容包括以下几点： 1、介绍了国内外关于震害、地下结构抗震以及地震砂土液化的研究现状，阐述了三维快速拉格朗日法的基本理论，以及FLAC<'3D>软件各个本构模型、模块以及建模方法，为进一步研究提供了依据。 2、根据工程实际情况，基于一些合理假设，建立了上海世博会地下变电站围护结构的三维模型。通过静力以及动力的四种工况的计算，得出了围护结构和周围土体在基坑开挖和在烈度为7度的情况下都能保持稳定，同时说明了圆形围护结构在抵抗环向压应力和防止基坑变形起到很大作用。 3、针对模型中实体单元只能显示其主应力，不能直观有效反映结构破坏的缺点，利用FLAC<'3D>中的FISH语言进行二次开发，将统一强度理论引入计算程序中，以便找出结构的抗震薄弱环节。 4、比较规范法和三维模型静力计算所得结果，得出三维模型更能合理反应围护结构受力情况。 5、讨论了地震波峰值加速度、卓越频率、围护结构材料参数以及地下结构周围参数对计算结果的影响，为类似工程设计和施工提供了一定参考。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1地震引起灾害的研究

1.2.2计算土动力学的研究

1.2.3地下结构抗震方法的研究

1.2.4砂土液化原理、判别以及变形的分析的研究

1.3深基坑设计存在的主要问题以及本文的主要工作

1.3.1深基坑设计中存在的主要问题

1.3.2本文主要工作

第2章FLAC3D的基本原理与应用

2.1概述

2.2三维快速拉格朗日法的基本原理

2.3 FLAC3D有限差分软件简介

2.3.1 FLAC3D主要特点

2.3.2 FLAC3D计算模式

2.3.3本构模型

2.3.4 FLAC3D求解步骤

2.3.5 FLAC3D动力模块简介

2.4 小结

第3章上海世博会地下变电站围护结构及周围土体三维抗震分析

3.1 工程概况

3.1.1结构概况

3.1.2环境概况

3.1.3地质条件

3.1.4围护结构总体设计方案

3.2三维数值计算模型的建立

3.2.1基本假定

3.2.2计算模型和网格划分

3.2.3边界条件

3.2.4物理参数的选取

3.2.5地震波的输入

3.2.6计算工况确定

3.2.7围护结构强度判别

3.3计算结果与分析

3.3.1开挖前在重力作用下的初始应力

3.3.2静力计算

3.3.3不考虑承压水情况下的动力反应分析

3.3.4考虑承压水情况下的动力反应分析

3.4小结

第4章围护结构受力与变形影响因素分析

4.1规范法与三维数值模拟静力计算结果对比

4.2不同峰值的地震波对动力反应的影响

4.3不同卓越频率的地震波对动力反应的影响

4.4不同围护结构材料对动力反应的影响

4.5不同土体参数对动力反应的影响

4.6 小结

第5章结论与展望

5.1本文主要结论

5.2后续工作展望

参考文献

致谢