随着经济技术的高速发展,综合管廊这一新兴地下结构越来越多地出现在城市基础建设中。以包头地区综合管廊的实际工程为依托,利用FLAC3D有限差分软件,对冻土场下综合管廊的地震响应进行了初步研究。模拟结果表明,在冻土场下综合管廊的中隔墙及板墙节点处应力最大,冻土层会一定程度地抑制土体及管廊顶板的横向变形位移,初步揭示了冻土场下综合管廊的动力特性,为后续抗震设计提供依据。

利用振动台进行了在地震激励下冻土、可液化砂土与钢管桩之间的相互作用模拟试验研究.试验设计柔性模型箱装填土体以模拟边界影响,通过配比试验制备混凝土砂浆模拟上覆冻土层,采用饱和砂土作为液化土,利用顶部附加集中质量的方法模拟钢管桩的惯性荷载.试验过程中选取调幅地震波模拟地震激励,通过实时测量桩的应变、桩/冻土位移和砂土内的孔隙水压力等方面的数据,分析冻土层覆盖下砂土的液化情况和与之对应的桩基动力反应情况.试验结果显示:在地基液化发生前,冻土层可以给桩基提供一定的侧向约束,有利于提高其承载力并抑制其侧向变形;然而一旦出现液化,冻土层则可能增强地基液化的趋势,导致桩基承载性能下降.

地基土地震液化诱发的侧向扩展可导致桩基侧移过大甚至失效破坏,但如果场地存在冻土层,情况则变得复杂。通过试验研究了在地震作用下冻土、液化土和单桩三者之间的相互作用,分析了由于存在冻土层这一因素对地基液化和桩基承载性能的影响。试验中土体盛放在一个柔性模型箱当中,分为上下两层:下层为饱和砂土,上层为模拟冻土层。模拟的钢管桩嵌入土体之中,上部设有附加集中质量。测试过程中选取不同等级的调幅地震波对装置进行激励加载,分别观测桩身应变、桩与冻土层位移以及砂土内的孔隙水压力等参数。试验结果显示:地基土液化时,冻土层限制孔隙水排出而致使地基液化程度急剧发展,从而导致桩基的侧向变形快速增长;随着地震激励的增强,冻土层与桩体接触部位可能因挤压出现局部破损,导致二者分离;冻土层端面处桩体变形存在突变,此处桩体易于失效。

为分析青藏铁路多年冻土区多跨简支梁桥地震响应情况,建立了一座10×32m箱形多跨简支梁桥三维全桥模型,以等效基础弹簧考虑桩-土相互作用;以具有初始间隙的并联弹簧-阻尼单元模拟伸缩缝两端结构的碰撞,研究了冻土融化深度、行波效应及碰撞效应对多跨简支桥梁结构地震响应的影响。结果表明:随着融土下限加深,等效基础弹簧刚度明显减小,在强地震动作用下,桥梁结构易发生落梁、桥墩倾覆等震害;当相邻碰撞体的相向位移超过伸缩缝宽度时两者发生碰撞,碰撞次数及碰撞力随地震动视波速及行进距离不同而不同,在行波波速较低且行进距离较小时碰撞效果明显,对桥梁地震响应影响较大,极易导致落梁;此外桥台对结构地震响应亦有显著影响。在对多年冻土区多跨简支梁桥抗震性能进行评估时,应特别重视夏季地震动低速行波时可能发生的震害。