基于DEM的微观-宏观评估:强倾斜墙增强的逆断层-基础相互作用

文摘   2024-12-07 11:36   安徽  
摘要:采用二维离散元模型研究了强倾斜墙(SIW)对不同密度的无粘性土中逆断层破裂-土-基础相互作用的影响。DEM模拟通过离心机结果进行了验证。当SIW的平面内方向与断层面对齐且断层面与SIW底部相交时,性能显著提高。如果SIW的倾斜度高于30°,SIW会破坏断层破裂的连续性,并在基础的底板角处引起土体隆起。这导致基础向断层上盘旋转。在某些低SIW倾斜度的模型中,SIW导致基础旋转增加。SIW在密实土中更好地最小化基础旋转,并增加导致地表破裂所需的断层位移量。在断层倾角为75°且SIW倾斜度大于30°的模型中,多个破裂发展并在基础下方形成破坏楔。使用SIW改变了破坏的微观机制。断层和SIW产生的双重压力导致SIW下方的土颗粒接触断裂,从而导致破裂偏移。

1. 引言 (Introduction)

- 背景:文章讨论了地震中地表断层破裂对基础设施的破坏,特别是对浅基础的影响。研究了如何通过强倾斜墙(SIW)来改善逆断层破裂与浅基础的相互作用。

- 研究目的:旨在通过离散元方法(DEM)模拟,分析SIW在不同条件下对逆断层破裂和浅基础相互作用的影响。

2. 研究方法 (Research Method)

- 2D孔隙率确定:由于逆断层是一种平面应变现象,因此进行了2D模拟,并基于实验室孔隙率确定了2D DEM孔隙率。

- 微观参数校准:使用滚动阻力线性接触模型,通过直接剪切试验(DST)校准了Firoozkooh沙的微观材料参数。

- DEM模拟逆断层:描述了如何使用DEM方法模拟逆断层破裂,包括土壤层的沉积、SIW和浅基础的模拟,以及如何通过边界位移来诱发逆断层破裂。

- 验证:通过与离心机试验结果对比,验证了模型的准确性。

3. 结果与讨论 (Results and Discussion)

- 破裂路径:分析了不同条件下(如土壤密度、基础类型和SIW倾角)逆断层破裂路径的变化。

- 基础旋转:探讨了SIW的存在和角度对基础旋转的影响。

- 微观与宏观参数分析:研究了SIW对最大和最小主应力、孔隙率和接触力分布的影响。

4. 结论 (Conclusion)

- SIW的影响:SIW显著改变了破裂路径,尤其是在其倾角超过30°时。SIW的存在减少了基础旋转,尤其是在倾角大于30°时。

- 土壤密度和基础类型的影响:在不同土壤密度和基础类型下,SIW对破裂路径和基础旋转的影响不同。

- 微观机制的变化:SIW改变了土壤颗粒接触的微观机制,导致破裂路径偏离。

文章通过DEM模拟提供了对逆断层破裂与浅基础相互作用的深入理解,并探讨了SIW作为一种减轻措施的有效性。研究结果对于设计更安全的基础设施和制定有效的地震灾害缓解策略具有重要意义。

参考文献

Ghaderi, S., Saeedi Azizkandi, A., & García, F. E. T. (2025). DEM-Based Micro–Macro Assessment of Reverse Fault–Foundation Interaction Enhanced by a Strong Inclined Wall. Geotech Geol Eng, 43, 29. https://doi.org/10.1007/s10706-024-03021-x

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