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依据中国抗震规范考虑地下水的影响

地下水对地震作用的影响可以分为两部分:第一部分为对地震土压力的影响,第二部分为对地震动水压力的影响。和Mononobe-Okabe理论Arrango理论中地下水的影响相同,依据中国抗震规范的地下水的影响也分为两种类型 – 承压水(土体渗透性差)和自由水(土体渗透性好)。中国规范和Mononobe-Okabe理论的最大区别在于,中国规范采用综合影响系数Cz对地下水的影响进行了折减。

承压水(土体渗透性差)

该类型地下水适用于渗透系数k低于1*10-3cm/s的低渗透性土体。当选择承压水时,将不考虑动水压力。和没有地下水的地震土压力相比,有地下水时,计算地震土压力的地震角θ将被替换为水下地震角θ’

确定水下地震角θ’的方式有以下两种:

1. 依据抗震设防烈度 – θ’的值由下表确定:

选择铁路抗震规范GB 50111-2006时(表6.1.5):

抗震设防烈度

7度

8度

9度

峰值地震加速度 Ag

0.10g

0.15g

0.20g

0.30g

0.40g

水下地震角 θ’

2.5°

2.5°

5.0°

7.5°

10.0°

选择建筑边坡规范GB 50330-2013时(表6.2.11):

抗震设防烈度

7度

8度

9度

峰值地震加速度 Ag

0.10g

0.15g

0.20g

0.30g

0.40g

水下地震角 θ’

2.5°

3.8°

5.0°

7.5°

10.0°

选择水运抗震规范JTS 146-2012时(表5.3.1):

抗震设防烈度

7度

8度

9度

峰值地震加速度 Ag

0.10g

0.15g

0.20g

0.30g

0.40g

水下地震角 θ’

3.0°

4.5°

6.0°

9.0°

12.0°

选择公路抗震规范JTG B02-2013时(表A.0.1):

抗震设防烈度

7度

8度

9度

峰值地震加速度 Ag

0.10g

0.15g

0.20g

0.30g

0.40g

水下地震角 θ’

2.5°

2.5°

5.0°

5.0°

10.0°

若抗震设防烈度选择“自定义 - 输入 Kh”“自定义 - 输入Kh,θ”时,软件将根据以下公式自动确定水下地震角的值:

2. 输入水下地震角 – θ’的值由用户自定义:

当选择该选项时,用户可以自定义水下地震角θ’的值。

注:当选择水工抗震规范NB 35047-2015时,用户不可以自定义θ’的值。

自由水(土体渗透压性好)

该类型地下水适用于渗透系数k高于1*10-1cm/s的高渗透性土体。当选择自由水时,既考虑地下水对地震土压力的影响,也考虑地震动水压力。

对于自由水,有以下三种确定水下地震角θ’的方法:

  1. 依据抗震设防烈度 – 和承压水相同。
  2. 输入水下地震角 – 和承压水相同。
  3. 输入土粒比重 – θ’的值由下式确定:

其中:

注:当选择水工抗震规范NB 35047-2015时,用户不可以自定义θ’的值。

地震动水压力的计算方法取决于所选择的抗震规范。

选择规范GB 50111-200, GB 50330-2013时(第4.2.11条):

其中:

Ew

-

作用在结构上的总动水压力 [kN]

Ci

-

地震作用重要性系数

γw

-

水的重度 [kN/m3]

d

-

水深 [m]

作用在结构上的动水压力为均布力。

选择水运抗震规范JTS 146-2012, JTG B02-2013时(第5.4.1条):

其中:

其中:

pz

-

水面以下Z深度处的地震动水压力 [kPa]

η

-

折减系数,对于挡土墙,取值为1.0

Z

-

计算点距水面的深度 [m]

d

-

水深 [m]

b

-

水面宽度 [m]

选择水工抗震规范NB 35047-2015时(第7.1.12条):

其中:

pz

-

水面以下Z深度处的地震动水压力 [kPa]

d

-

水深 [m]

ψ(Z)

-

水深Z处的地震动水压力分布系数

地震动水压力分布系数ψ(Z)的取值(NB 35047-2015 表7.1.12):

Z/d

ψ(Z)

Z/d

ψ(Z)

0.0

0.00

0.6

0.76

0.1

0.43

0.7

0.75

0.2

0.58

0.8

0.71

0.3

0.68

0.9

0.68

0.4

0.74

1.0

0.67

0.5

0.76

-

-

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