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地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划

归档日期:07-26       文本归类:登陆地段      文章编辑:爱尚语录

  EngineeringGeology 工程地质学报 1004 03)20339206 地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地 (北京市地震局震害防御与工程地震研究所北京 100080) 文将以北京具有典型意义的地铁线路———北京地铁五号线作为研究目标 ,在对沿线地震 、地质条件分析的基础上 ,通过分 究在不同场地条件、不同风险水平和不同深度条件下的地震动参数和反应谱变化规律 ,确定了地铁工程的抗震设防概率 风险水 50a超越概率 63%、10%、2% ,设计地震动参数取地表计算值 。并通过北京地铁五号线工程地震小区划及分区反 应谱特征 研究 ,确定北京地铁五号线工程的抗震设防要求 关键词地铁工程 抗震设防水准 地震小区划 中图分类号 P642.27 文献标识码 SUBWAY EARTHQUAKE FO RT ICATIO SEISM IC INGFO ICALSUBW AY ZO NES IJING YanhuiHU Ping ZHAN Institute EarthquakeHazard Prevention EngineeringSeism ology, eijing100080) Abs tract rapid developm ent cities,Subway line has becom important traffic transpo rtation subwayline important denselypopulated lifeline infrastructure. subwayline damaged during earthquake. Therefo re, hasbecom moreimpo rtant ensuringsubway safety during earthquake. paper,based fifthsubway line groundmotion param eters responsespectrum differentsite conditions, different risk levels differentdep ths determined 50year exceedance robability63%、10%、2% can subwayearthquake fo rtification levels. surfaceground motion param et er can designground mo2 tion param eter. Th rough studying seism ic icrozoning responsesp ectrum characters, paperdefined earthquakefo rtification level fo fifthsubway line. Key words Subway line, Earthquake fo rtification level, Seism ic 随着城市的高速发展,城市地下铁路已成为城 市越来越重要的交通工具 。尤其是近 20 年来 地铁地下交通得以大规模开发,越来越多的城市已 经把地铁地下交通作为解决城市交通问题的重要手 。但是,随着地铁工程的兴建 ,地铁工程在抗震设 计方面却没有现成的法规可循 。现有的地铁抗震设 19.基金项目 :本项目由北京市自然科学基金资助 ,项目编号 801100.第一作者简介 ,硕士,主要从事工程地质 、工程地震和地震地质灾害方面的研究. dingyanhui@ bjseis. gov. cn 通过对场地地震危险性分析和土层动力反应分析计算 ,分析研究在不同场地条件 、不同风险水平和 不同深度条件下的地震动参数和反应谱变化规律 确定北京地铁工程的抗震设防风险水平,并给出北 盖层厚度变化较大 ,前门及其以南地区第四系覆盖 层厚度不足百米 ,而太平庄一带第四系覆盖层厚度 超过 300m。场地工程地质条件呈现由南向北逐渐 变差的趋势 。地铁五号线Journal EngineeringGeology 工程地质学报 2006 计主要是依据《公路工程抗震设计规范 89)、《建筑物抗震设计规范 92)来进行 ,地铁 工程的抗震设防水准如何选取已成为地铁抗震设计 中急待解决的问题 。本次工作将以北京具有典型意 义的地铁线路 ———北京地铁五号线作为研究目标 通过在对地铁五号线沿线地震、地质条件分析的基 、灯市口站、大屯站进行 分析研究 ,建立不同地质条件下的土层动力反应模 京地铁五号线地震小区划和分区反应谱。 北京地铁五号线沿线工程地质条件分析 地铁五号线南北向横穿北京市区 ,在平面上 涉及清河古河道区、古金沟河河道区以及古河道区 以外的台地区 个地质单元。古河道区的成因年代 及地层结构与台地区有明显区别 ,沉积的土层包括 卵石层的工程地质性质也明显不如台地区好 速值也比台地区低;在垂向上 ,区内地层和第四系覆 地铁五号线工程地质分区Fig. engineeringgeology hefift subwayline 10.张自忠 11.雍和宫 12.和平西街 13.和平西桥 14.北土城东路 15.干杨树 16.大屯 17.公路一环 20.太平庄 21.太平庄北 地震动参数变化规律的探讨地震动参数的变化主要体现在加速度峰值和反 应谱上 ,因此 ,本文主要从峰值和反应谱两个方面探 讨地表与隧道底板深度处地震动参数的变化规律。 、灯市口、大屯 50a 超越概率 63%、10%、 2%条件下地表水平加速度峰值 Table Horizontal ground accelerat ion peak 50years ret urn period iyuan,Dengshikou, Datun st 加速度峰值变化规律50a 灯市口Am 大屯Am 场地条件对加速度峰值的影响为了分析 确定场地条件对加速度峰值的影响 对能反映地铁五号线上不同地质条件、不同地质分 随着北京地铁五号线由南向北工程地质条件的逐渐变差 ,地震效应呈现逐渐增强的趋势 ,地震动峰 值加速度逐渐变大 。场地条件对地震动参数具有较 明显的影响 ,相同或相近的地层结构具有相似的地 震反应 ,场地条件越差 ,地震放大效应越明显 不同抗震设防风险水平、不同深度条件下 加速度峰值变化规律 对于不同抗震设防风险水平 、不同深度条件下 地震动参数变化规律 ,分别主要从两个方面进行探 1)同一场地在不同抗震设防风险水平、不同深 度条件下加速度峰值变化规律 )不同场地在不同抗震设防风险水平 、不同深度条件下加速度峰值 变化规律。 63% 62. 10%177. :地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划341 笔者分别对刘家窑站 、灯市口站和大屯站在 50a 超越概率风险水平 63%、10%、2%和 100a 超越概率风险水平 63%、10%、3%条件下地表和地 下不同深度的地震动参数进行了计算 100a不同超越概率风险水平条件下地震动参 震动加速度峰值与地表地震动加速度峰值的比值 纵轴表示深度,单位 地铁五号线%条件下不同场地条件 、不同深度条件下地震动参数变化规律 Fig. Changingrelat ionhsip motion paramet ers 100aret urn periods differentsit differentdep th ,均存在随着地下深度的加深,地震动加速度峰值 明显变小的趋势。刘家窑站约在地下深度为 10m 处地震动加速度峰值减小到地表地震动加速度峰值 ,棋院站约在地下深度为7m处地震动加速度 峰值减小到地表地震动加速度峰值 、灯市口站约在地下深度为 6m 处地震动加速度峰值减小 5m处地震动加速度峰值减小到地表地震 1)在相同场地条件、在不同抗震设防风险水 ,地震动加速度峰值具有明显变小的趋势,且一般 在地下 10m 以下地震动加速度峰值不到地表地 2)在不同场地条件、在不同抗震设防风险水 、不同深度条件下地震动参数同样存在随着地下深度的加深 ,地震动加速度峰值明显变小的趋势 是场地条件不同,衰减的趋势略有不同 ,随着场地条 件的变差 ,随深度衰减的越快 个站点地表及地下不同深度条件下不同概率水准的反应谱见图 3。分析图 中不同场地条件、不同抗震设防风险水平 、不同深度条件下加速度反 应谱的特点 ,可以初步得出以下两点结论 、灯市口站、大屯站 个场点,不论抗震设防风险水平和场地条件如 ,峰值加速度明显随着深度的和风险水平的增高而增加 ,且地表与地下 10m 以下的峰值加速度差别较大 ,峰值相差不大。亦即呈现随着地下深度的加深 342Journal EngineeringGeology 工程地质学报 2006 长周期加速度峰值放大倍数较地表放大倍数增大的 趋势。 、灯市口站、大屯站四个站点地表及 地下不同深度条件下不同概 率水准的反应谱 Horizontal accelerat ion spectrum iyuan,Dengshikou Datun st differentdep th differentexceedance robabilities 2%~3% 2%~3% 2%~3% 2%~3% 14 :地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划343 2)对于不同深度的反应谱,不论抗震设防风 险水平和场地条件如何 ,呈现随着深度的增加 ,反应 谱特征周期增长的趋势 不同超越概率风险水平加速度峰值的比值Table Acceleration rat ios bet ween different exceedance robabilit ie 地铁工程抗震设防概率风险水平的选取 依据《地铁设计规范 ,地铁的主体结构工程设计使用年限为100a。因 ,地铁工程作为重要的生命线工程,其抗震设防水 准应高于一般工程的抗震设防水准 。但是地铁工程 50a 超越概率 10%加 速度峰值与70a 超越概 10%加速度峰值比值 50a 超越概率 10%加 速度峰值与 100a 超越 10%加速度峰值比值 属于地下工程 ,根据前面的分析可知 :不同抗震设防 风险水平 、不同深度条件下地震动参数随着地下深 度的加深 ,地震动加速度峰值具有明显变小的趋势 且一般在地下10m 以下地震动加速度峰值不到地 表地震动加速度峰值 减的快慢趋势有所影响,场地条件越差 ,随深度衰减 的越快 对于不同场地条件、不同抗震设防风险水 、不同深度条件下的反应谱,短周期部分的峰值加 速度受深度的影响较明显 ,随着深度的增加峰值加 速度明显变小 。长周期部分的峰值加速度受深度影 响不明显 ,不同场地条件 、不同抗震设防风险水平 ,地铁工程抗震设防概率风险水平的选取既要考虑到地铁工程作为生命线工程的重要性又要考虑到 地下工程比地上工程在地震中更安全的因素 北京地铁工程的地下埋深一般为15 20m,亦即在此深度范围内地震动加速度峰值将衰 减至地表加速度峰值的 倍以下。根据现有的计 算资料来看 50a超越概率 10%的加速度峰 70a超越概率 10%的加速度峰值比值为 84,50a 超越概率 10%的加速度峰值与 100a 超越概率 10%的加速度峰值比值为 72(依据《北京地铁五 号线工程场地地震安全性评价报告 》中地震危险性 分析计算结果 。也就是50a 超越概率风险水平 63%、10%、2%的地表参数值已高于地下15m 按照 100a 超越概率风险水平为 63%、10%、3%的地震动 参数值。 根据以上分析结果 ,结合现行北京地铁抗震设 计方法 、规范的实际情况 ,参考相关工程抗震设计规 范和对重要工程抗震设防概率水准选取问题的研 ,综合考虑地下工程比地表工程在地震作用下更安全的因素 。地铁五号线工程的抗震设防概率风险 水平确定为 50a 超越概率 63%、10%、2% ,设计地 震动参数取地表计算值 北京地铁五号线工程地震小区划及分区反应谱特征研究 首先 ,对沿线进行工程地质分区 ,同一工程地质 区具有相同或相近的地层结构 ;其次 ,对沿线重要站 点逐点确定土层模型及其动力学参数 ,进而确定其 场地地震动参数 最后,结合工程地质分区 ,对沿线 地震动参数进行分区 并确定各区的地震动参数。根据地铁 22 个站点的计算结果结合工程地质分区 结果 ,地铁五号线沿线地震动参数共为 北京地铁五号线沿线场地地震动参数分区图Fig. heground mot ion param et er along fifthsubway line, 个地震动参数分区在50a 超越概率风险水平分别为 63%、10%、2%条件下的 地表设计地震动参数。 72灯市口站 72大屯站 72344 Journal EngineeringGeology 工程地质学报 2006 地铁五号线各区地表设计地震动参数Table Designground mot ion param et er zonesalong fifthsubway line 分区50 63%65 10%178 63%67 10%186 63%70 10%204 63%73 10%220 2%390 可以看出:随着北京地铁五号线场地地 质条件由南向北逐渐变差 ,地震效应呈现由南向北 逐渐增强的趋势 ,地表加速度峰值由 50a 超越概率 风险 65gal、178gal、365gal 逐渐增强到 73gal、220gal、390gal。地震影响 系数最大值由 50a 超越概率风险水平 63%、10%、 2%对应的 16、0.45、0. 88 逐渐增大到 18、0.55、 (1)北京地铁五号线地震基岩输入面呈现由南向北逐渐加深的趋势 ,亦即场地地质条件由南向北 逐渐变差 ;场地土体动力剪切模量比值基本呈现由 南向北逐渐增大的趋势 ,土体动力等效阻尼比基本 呈现由南向北逐渐减小的趋势。 在相同场地条件、在不同抗震设防风险水 ,地震动加速度峰值具有明显变小的趋势,且一般 在地下 10m 以下地震动加速度峰值不到地表地 ;在不同场地条件、在不同 抗震 设防风险水平 、不同深度条件下地震动参数 同样存 在随着地下深度的加深 ,地震动加速度峰 值明显变 小的趋势 ,只是场地条件不同 衰减的趋势略有不 ,随着场地条件的变差,随深度衰减的越快。 (3)在不同场地条件 ,不论抗震设防风险水平 和场地条件如何 ,峰值加速度呈现随着地下深度的 加深 ,长周期加速度峰值放大倍数较地表放大倍数 增大的趋势 (4)对于不同深度的反应谱,不论抗震设防风 险水平和场地条件如何 ,呈现随着深度的增加 ,反应 谱特征周期增长的趋势 (5)地铁五号线工程的抗震设防概率风险水平确定为 50a 超越概率 63%、10%、2% ,设计地震动 参数取地表计算值。 (6)地铁五号线沿线地震动参数共为 ,随着北京地铁五号线场地地质条件由南向北逐渐变差 ,地震效应呈现由南向 北逐渐增强的趋势。 国家质量技术监督局.工程场地地震安全性评价技术规范 1999.General Adm inistration QualitySupervision. Code Seismic safety Evaluation EngineeringSites( GB17741 中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范 北京:中国建筑工业出版社e seismic design buildings(GB5011 2001).Beijing, China rchitecturalIndustri2 al Press, 2001. 北京市地震局震害防御与工程地震研究所.北京地铁五号线titute EarthquakeHazard Prevention EngineeringSeismolo2 gy. Reports Seismic safety Evaluation EngineeringSites fifthssubway line Beijing,2001. 385~388.Feng Xijie, Xueshen.Analysis amplification effect bed2rock peak acceleration caused sitesoil EngineeringGeology, 2001, 2004,12 346~353.Han enfeng,Song Chang, ingguo.Strong ground motion meizoseismalarea importantengineering potentialearthquake region. Journal EngineeringGeology, 2004, 12

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