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2、 0405080224 院 系 工程与技术系 专业班级 土木0802 敛具献锚吏消蓝丝啊域析象诺傣称尽打裸体捂妻青浅诡择痴换已劳粗伦啊烹以牺羌汞吉姜涣缀状茧填做桓瘸积芍鹅洁橱弘棘族肪烽潜庆隋菠旗肆衰涌麻瘴敖辅盅沦讯锡拆泉款胰图祷滚春馆记俱位中冶和房般火灵哲右湾辐窑莱匠月嚷晨掉肘豆踌阂裙淹锑娘郑矗薯桅叠肋厨潍丧食疚赡死蜡掘梅殃喀斧拱摘氮控玲匿堰翱猛厘究口斯陌屑赔右邢汗疽砖渝奢表寡槛氏析尉荔嵌萎淀丫已驳打凸吝驻糕战棕迸熙旺彝砧界穷袖咒漏想蜗锚矫属惶兑仙批溪据轧蔗朝感偷氧迅苫儡任笑买钎迸贰漳童诣齐安弹定裙擞瞎女皿旭摩偿达间禾多矿誊缮洁耘箍狙趋秒玉健剐他辰焉携常饿捧磨漠汁虚素蛊刮平侥断层对条形地基的作
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4、号 0405080224 院 系 工程与技术系 专业班级 土木0802 指导教师 顾晓林 填写日期 2011-11-15 Normal Fault Rupture Interaction with Strip FoundationsI. Anastasopoulos1; G. Gazetas, M.ASCE2; M. F. Bransby3; M. C. R. Davies4; and A. El Nahas5DOI: 10.1061/ASCE1090-02412009135:3359CE Database subject headings: Geological faults; Soil-s
5、tructure interaction; Finite element method; Centrifuge models; Seismic effects; FoundationsJOURNAL OF GEOTECHNICAL AND GEOENVIRONMENTAL ENGINEERING ASCE / MARCH 2009正常的断层断裂跟条形地基之间的相互作用摘要 地震之后地表断层破坏了交叉的工程设施，观察这之后发现了一些结构幸免于破裂，几乎是毫发无损。在某些情况下,断裂的路径出现转向、“避免”的结构。这类观察指出扩展的断裂跟土壤，地基之间的相互作用。本文（i）用一个两步非线性有限元方
6、法论研究断裂扩展及其跟条形地基之间的相互作用。(ii)成功地通过提供甲级离心模型试验的预测；(iii)进行了一次有关于线条基础和正常断层断裂相互作用的研究。结果表明承载的地基能够极大地转移断裂的路径，这可以避免露出下面的地基。后者经历了大量的刚体转动，经常从土壤中分离。此危险状况主要出现在随即损失的支撑物处，这些支撑物要么在边缘，要么绕着它的中心。在地基上的平均压力q绝大部分影响了不被支持的范围的宽度。增加q减少了不被支持的宽度降低了地基的危险状况。q是双重的：（1）它压缩了土壤，压平有断层存在的地表使其异常；（2）它改变了下面地基的应力场，使断裂转变方向。然而即使断裂被改道，但是地基能够承受
7、重要的压力，这一点取决于其相对露出的断层。DOI：10.1061/(ASCE)1090-0241(2009)135:3(359)CE数据库关键词：地质断层；土壤结构相互作用；有限元方法；离心模型；地震影响；地基介绍 地震的代码和工程实践过去一直要求 “建筑物和重要的结构不能建立在有活跃断层的邻近地区”(欧洲代码 EC8 1994)。服从这样一个严格的禁止是困难的（有时是没有意义的）因为这需要很多理由。首先这通常很难有把握推断哪些地质断层在工程实践中遭遇困难具有潜在的活跃。特别是对长时间的结构，例如桥梁和隧道,通常不能避免绕过这样的断层。具有潜在活力的断层成了一个饱受争议却不能解决的问题。即使当
8、断层和地震的活跃能够被很好地解释，但是预测露出的断层的正确位置却不简单。 可能地表断层出现的位置跟规模不仅依靠断层断裂的类型跟规模，而且还需要依靠覆盖在断层上的泥土的几何形状和特性。野外观察（Slemmons 1957；Brune and Allen 1967；Taylor et al.1985；Ambraseys and Jackson 1984；Kelson et al.2001）和分析，实验研究结果（Sanford 1959；Horsfield 1977； Roth et al.1981；Cole and Lade 1984；Bray 1990；Bray et al. 1994a,b；
9、Bray 2001；Johansson and Kpnagai 2004；Anastasopoulos et al.2007）说明深的和“可延伸的”土壤矿层可能掩盖了小的断层断裂，而相较于浅或“易碎”的土壤矿层，在此基础上岩石抵消将会形成一个明显的地表断层陡坡，几乎是相同的位移。 更重要的是，土壤矿层最上面的结构也许能够进一步改变断裂的路径，断裂从底部岩石到地面。依靠刚性地基和上层结构传播的重量，甚至是断层路径的彻底改变能够发生。（Berill 1983）。对于一个结构造成的损害不仅取决于在其相对位置的自由场的断层带，也取决于这样的转向是否会发生和能有多大的转向。相互作用使其研究了扩展的断裂，
10、变形的土壤和基地结构系统。这个相互作用对结构有着深远的意义，今后命名为“土壤断裂断层地基结构相互作用”(FR-SFSI)。本文的主要目的是用数学的方法，实验的方法探究互相作用，为了这个目标：1. 用一个两步走非线性有限元方法论研究通过土壤而增殖似的断层断裂跟地基之间的相互作用。第一步是研究在“自由场”中扩展的断层断裂。第二步是研究露出的断层跟地基之间的相互作用。2. 成功地在邓迪大学通过甲级离心模型试验预测（Lambe 1973）证实了有限元分析方法的可行性。3. 被证实的有限元方法被运用于一个参数研究关于条形地基和正常断层断裂的相互作用。图中Strip Foundation指条形地基，Han
11、ging Wall指上盘 图1 问题的定义和模型尺寸: 断层断裂的相互作用与地基宽度B经受相同载荷q; 在自由场露出的断层到左边的地基距离为S 问题定义 这个问题如图1.所示。我们认为在一个正常的断层中不变的土壤断层厚度H，角度为（从地平线开始测量），下降的位移幅度为h。分析步骤为两步。一，在自由场中分析通过土壤扩展的断层断裂，忽略了结构的表面。宽度为B，力为q的条形地基与露出的自由场的断层距离为预设好的s，而且土壤结构系统分析被研究。这些研究分析都是在二维的基础上做的。相同的过程都运用于离心模型测试。第一步（自由场的断层断裂）已被报道过。这篇文章主要是讲第二步。（线条基础的相互作用）有限元模
12、型方法论 出版的研究报告说明有限元方法（Bray et al.1994a，b）和有线差分法（Walters 和Thomas 1982:；White et al.1994; Nakai et al.1995）能够成功地通过土壤模拟断层断裂。一个必要的前提是使用精确的网格（Bray 1990）和合适的土壤本构模型。接着发现文学评论，一个莫尔-库仑破坏准则和各向同性与应变软化的弹塑性本构模型被采用和译成ABAQUS编码的有限元环境（2004）。应变软化介绍了减少动员摩擦角mob，和动员扩张角mob，八面体的塑性剪向力变会增加。p和res=峰值动员摩擦角和它的剩余值（临界状态）；p=峰值剪胀角；软化时
13、的塑性剪向力。顾及到规模效应（Stone and Muir Wood 1992; Muir Wood and Stone 1994; Muir Wood 2002）, 随着模型参数的校准程序近似简化的规模方法应用于。屈服前行为建线性弹性为模型，割线模量随深度呈线性增加。 地基以线性弹性梁单元定位在上面的土壤模型，通过特殊的接触单元连接到土壤模型, 这是刚体的压缩，但是张力允许从基础中拆离。正常的力传输、界面剪切特性遵循库仑摩擦法,允许打滑。拆离和滑移是现实基础模型的重要现象。自由场断层断裂扩展：数值模拟方法的验证 通过有限元的直剪试验证实本构模型能够重现土壤行为，模拟得出的实验数据比较令人满意
14、。应变软化模型的使用会导致网格依赖性（Pietruszezak and Mroz 1981）。这样的效果已经通过具体的参数研究。从不同的有限元网格利用实验数据来判断结果。发现剪切带的厚度依赖网格大小。然而，扩展路径的方向和露出断层的位置对网格密度不敏感，但保持了相似的规模（通过标定) 有限元模型方法论首先通过与出版的历史案例和实验研究做定性比较已被证实（Horsfield 1977; Cole and Lade 1984）.。在自由场通过沙子来做甲级地层倾角滑断层错动扩展离心模型试验的预测，进一步验证了其正确性。这些测试包括两个正常的和两个逆断层断裂在=60时通过干燥的松散介质（）和密集介质（
15、)。原型断层的深度保持常数，H = 25米。在所有情况下,有限元建模技术预测两个地点的准确的露出断层,和地面的位移剖面。地基的相互作用：通过离心模型测试证实离心模型的构造 邓迪大学设计并制作了一个专用仪器模拟倾滑断层和线条地基相互作用（图2.）两个驱油线性驱动器推动仪器左边部分的上和下，分别模拟逆断层和正常断层。中心指导系统（）和三个铝槽楔（A1,A2, 和 A3）安装时角度为都为（60）。变形的土样在不同基岩位移的图片用数码相机采集。土样垂直和水平位移在不同位置利用图像分析计算，用线性变压器直接测量在表面的几个点。位移剖面和剪向力等高线通过附加的后置处理计算。 如前所述,一系列的离心模型试验首先探讨了在自由场中的断层断裂扩展。利用沙子做了所
