一種用于核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析和地基處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，包括現(xiàn)場勘察、動力計(jì)算分析、靜力計(jì)算分析、地基處理方案，通過計(jì)算分析，采用混凝土對一定深度的豎向軟弱夾層進(jìn)行置換。該方法提高了核電廠對不均勻的地基的適應(yīng)性，也加大了核電廠場址選擇的靈活性，在一定程度上減少了核電廠選址的周期，降低了工程的造價(jià)，提升了核電行業(yè)的競爭力。
【專利說明】—種用于核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析和地基處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不均勻地基的分析和處理方法，尤其涉及一種核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電廠對地基有很高的安全性要求，國內(nèi)外核電廠的地基一般為均質(zhì)堅(jiān)硬巖石，核電廠遇到的不均勻地基基本上是水平層狀地基。
[0003]對于核電廠地基中存在豎向軟弱夾層的情況，目前國內(nèi)工程實(shí)踐較少，而傳統(tǒng)的分析方法無法用于此種地基，無法較為準(zhǔn)確的得到豎向軟弱夾層對上部結(jié)構(gòu)的影響，也無法保證地基處理方案的合理性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對核電廠建設(shè)中遇到豎向軟弱夾層地基的情況，提供一種論證分析和地基處理的方法，保證核電廠建設(shè)工程的順利實(shí)施。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，包括如下步驟:
[0006](I)在建造核電廠的工程場地上進(jìn)行巖土工程勘察和試驗(yàn)，得到地基中基巖和軟弱夾層的動力、靜力物理力學(xué)參數(shù)；
[0007](2)進(jìn)行動力計(jì)算分析，計(jì)算豎向軟弱夾層的存在對于工程場地的反應(yīng)譜的影響，將放大后的反應(yīng)譜作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震輸入；
[0008](3)進(jìn)行靜力計(jì)算分析，計(jì)算置換混凝土區(qū)域的沉降和應(yīng)力，置換混凝土的應(yīng)力用于置換混凝土方案的設(shè)計(jì)，置換混凝土區(qū)域的沉降作為地基的不均勻沉降，用于上部結(jié)構(gòu)受力分析和配筋設(shè)計(jì)；
[0009](4)采用混凝土對一定深度的豎向軟弱夾層進(jìn)行置換，并保證置換后的混凝土在基巖上有一定的支撐。
[0010]進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(I)中所述的物理力學(xué)參數(shù)包括地震波波速、質(zhì)量密度、動泊松比、靜泊松比、動彈性模量、靜彈性模量、動阻尼比。
[0011]進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(2)中的動力計(jì)算分析采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件實(shí)現(xiàn)，分別建立三維均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型采用相同的網(wǎng)格劃分，并分別設(shè)定兩種材料的材料特性參數(shù)，包括動彈性模量、動泊松比、質(zhì)量密度、質(zhì)量阻尼系數(shù)、剛度阻尼系數(shù)，模型邊界采用非反射邊界。
[0012]更進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(2)中所述的有限元模型的建立采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件的三維實(shí)體單元S0LID164，單元的最大尺寸設(shè)為地震波最小波長的1/6，地基模型三個(gè)方向的尺寸均采用核島廠房基礎(chǔ)3倍長度。
[0013]更進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(2)中，對于均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，分別在模型頂部核島廠房區(qū)域選擇若干節(jié)點(diǎn)，一部分節(jié)點(diǎn)位于均勻巖石表面上，另一部分節(jié)點(diǎn)位于軟弱夾層表面，從有限元的計(jì)算結(jié)果中取出這些節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)時(shí)程，通過計(jì)算得到加速度時(shí)程對應(yīng)的反應(yīng)譜；對于反應(yīng)譜每個(gè)頻率點(diǎn)，比較均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基模型各個(gè)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的差別，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的放大百分比，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)在模型表面分配的面積進(jìn)行加權(quán)，最終得到豎向軟弱夾層對核島廠房基礎(chǔ)區(qū)域反應(yīng)譜的整體影響。
[0014]進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(3)中的靜力計(jì)算分析采用ANSYS有限元軟件實(shí)現(xiàn)，有限元模型包括均質(zhì)巖石、豎向軟弱夾層以及混凝土，單元類型為平面應(yīng)變PLANE42單元，分別設(shè)定模型中均質(zhì)巖石、軟弱夾層、混凝土三種材料的材料特性參數(shù)，包括質(zhì)量密度、靜彈性模量、靜泊松比；模型尺寸通過試算確定。
[0015]更進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(3)中的計(jì)算結(jié)果包括置換混凝土跨中底部的拉應(yīng)力、置換混凝土的最大豎向變形，其中，置換混凝土跨中底部的拉應(yīng)力應(yīng)小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》中規(guī)定的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，置換混凝土的最大豎向變形作為地基的不均勻沉降，用于上部核島廠房結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算。
[0016]進(jìn)一步，如上所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，步驟(4)中置換混凝土的詳細(xì)尺寸包括其平面上的分布、不同區(qū)域的厚度，以及不同區(qū)域置換混凝土的過渡；置換混凝土每側(cè)支撐寬度設(shè)為地面上豎向軟弱夾層水平寬度的0.2倍，最寬不超過2m。
[0017]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明為核電廠豎向軟弱夾層地基的論證分析和地基處理提供了可行的方法，提高了核電廠對不均勻的地基的適應(yīng)性，也加大了核電廠場址選擇的靈活性，在一定程度上減少了核電廠選址的周期，降低了工程的造價(jià)，提升了核電行業(yè)的競爭力。對于核電廠建造過程中發(fā)現(xiàn)的地基中的豎向軟弱夾層的處理，本發(fā)明有重要的意義，按照本發(fā)明中提供的論證分析和地基處理方法，具備可操作性，可以很大程度上避免由于核電廠廠址更換給工程帶來的巨大困難，極大的降低了工程費(fèi)用，保證了工程工期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為地基剖面示意圖。
[0019]圖中，1.豎向軟弱夾層2.核島廠房結(jié)構(gòu)3.有限元模型邊界4.巖石地基【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]本發(fā)明所提供的用于核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析和地基處理方法，包括現(xiàn)場勘察、動力計(jì)算分析、靜力計(jì)算分析、地基處理方案?，F(xiàn)場勘察是在建造核電廠的工程場地上進(jìn)行的巖土工程勘察和試驗(yàn)，應(yīng)能得到地基中各種材料(包括基巖、軟弱夾層等)的動力、靜力物理力學(xué)參數(shù)。動力計(jì)算分析用于計(jì)算豎向軟弱夾層的存在對于工程場地的反應(yīng)譜的影響，將放大后的反應(yīng)譜作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震輸入。靜力計(jì)算分析用于計(jì)算置換混凝土區(qū)域沉降和應(yīng)力，置換混凝土的應(yīng)力用于置換混凝土方案的設(shè)計(jì)，置換混凝土區(qū)域的沉降作為地基的不均勻沉降，用于上部結(jié)構(gòu)受力分析和配筋設(shè)計(jì)。地基處理方案采用置換混凝土，即采用混凝土對一定深度的豎向軟弱夾層進(jìn)行置換，并保證置換后的混凝在基巖上有一定的支撐，地基處理方案應(yīng)包括必要的施工措施。
[0022]1.現(xiàn)場勘察
[0023]核電廠工程建設(shè)初期，需要進(jìn)行巖土工程勘察?！稁r土工程勘察規(guī)范GB50021-2009》中，1.0.3節(jié)規(guī)定“各項(xiàng)建設(shè)工程在設(shè)計(jì)和施工之前，必須按基本建設(shè)程序進(jìn)行巖土工程勘察”，4.6節(jié)給出了核電廠巖土工程的五個(gè)勘察階段及其勘察內(nèi)容。GB50021-2009同時(shí)給出了試驗(yàn)項(xiàng)目和測試方法。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2011》中3.0.4節(jié)中明確了巖土工程勘察報(bào)告應(yīng)提供的資料。
[0024]核電廠的巖土工程勘察工作由具有資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，勘察成果以勘察報(bào)告的形式給出，勘察成果需要進(jìn)行專家評審。
[0025]對于存在豎向軟弱夾層的核電廠地基，通過巖土工程勘察，可以得到基巖和豎向軟弱夾層兩種地基材料的物理力學(xué)參數(shù)，如地震波波速、質(zhì)量密度、動泊松比、靜泊松比、動彈性模量、靜彈性模量、動阻尼比等參數(shù)。這些參數(shù)在勘察報(bào)告中給出，用于動力和靜力計(jì)算分析。
[0026]2.動力計(jì)算分析
[0027]得到地基材料的物理力學(xué)參數(shù)后，隨后進(jìn)行動力計(jì)算。動力計(jì)算的目的是得到豎向軟弱夾層的存在對于工程場地地震響應(yīng)的影響。
[0028]2.1計(jì)算軟件
[0029]動力分析采用的計(jì)算軟件是通用商業(yè)有限元軟件ANSYS/LS-DYNA。
[0030]LS-DYNA是世界上最著名的通用顯式動力分析程序，能夠模擬真實(shí)世界的各種復(fù)雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動力沖擊問題，同時(shí)可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。由J.0.Hallquist主持開發(fā)完成的LS-DYNA程序系列被公認(rèn)為是顯式有限元程序的鼻祖和理論先導(dǎo)，是目前所有顯式求解程序(包括顯式板成型程序)的基礎(chǔ)代碼，在工程應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可為最佳的分析軟件包。1988年J.0.Hallquist創(chuàng)建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列。地震計(jì)算是LS-DYNA程序的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
[0031]ANSYS/LS-DYNA將LS-DYNA和通用有限元計(jì)算軟件ANSYS強(qiáng)大的前后處理結(jié)合起來。
[0032]2.2動力計(jì)算的工作內(nèi)容
[0033](I)建立地基有限元模型，進(jìn)行動力計(jì)算。
[0034]建立三維均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，采用了三維實(shí)體單元S0LID164，其單元特性可參考軟件幫助手冊。為了較為準(zhǔn)確的模擬波動在地基中傳播，需要準(zhǔn)確設(shè)置材料參數(shù)，確定合理的最小單元尺寸，合理選擇地基模型尺寸，模型邊界應(yīng)采用非反射邊界，采用等效地震荷載的方法模擬地震輸入。
[0035]需要在軟件中設(shè)定模型中均質(zhì)巖石和軟弱夾層兩種材料的材料特性參數(shù)，包括動彈性模量、動泊松比、質(zhì)量密度，這些參數(shù)可以由勘察報(bào)告給出。計(jì)算中采用了 Rayleigh阻尼(Rayleigh阻尼的原理見Ray Clough等人編著、王光遠(yuǎn)等人譯校的《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》第二版(修訂版)中第12章第5節(jié))，所以，需要設(shè)置質(zhì)量阻尼系數(shù)、剛度阻尼系數(shù)。根據(jù)頻率區(qū)間(如0.5Hz~50Hz)和勘察報(bào)告中提供的動阻尼比，可以確定剛度、質(zhì)量阻尼系數(shù)，并在軟件中設(shè)定。均質(zhì)巖石地基和帶軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型采用相同的網(wǎng)格劃分，但采用不同的材料參數(shù)。
[0036]為了能夠準(zhǔn)確的模擬地震波動，單元的最大尺寸可設(shè)為地震波最小波長的1/6。如關(guān)心的結(jié)構(gòu)的最大頻率為50Hz，地震波速為1500m/s，則地震波最小波長為30m，由此得到的單元最大尺寸為5m。
[0037]地基模型三個(gè)方向的尺寸均可采用核島廠房基礎(chǔ)3倍長度。由于軟弱夾層形狀和分布不規(guī)則，見圖1中豎向軟弱夾層I的示例，在模型中可以按照分布區(qū)域近似、體量大致相同的原則適當(dāng)簡化。
[0038]LS-DYNA軟件的邊界采用一完整系列邊界單元模擬非反射邊界，其方法是由Cohenand Jennings [Cohen, 1983]采用 Lysmer and Kuhlemeyer [1969]提出的方法。粘性正應(yīng)力
和剪應(yīng)力按下列公式施加在邊界單元上:
[0039]ο Jiromal-- P CdVnormal
[0_]0 shear=- P CsVtan
[0041]式中:P，Cd和Cs分別是材料密度、邊界吸收傳遞波材料的壓縮波速和剪切波速，Vnormal和Vtan為邊界上相應(yīng)位置處節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動速度。在軟件中需要指定模型的透射邊界位置(見圖1中標(biāo)號3)，通過選擇邊界上的節(jié)點(diǎn)由軟件自動實(shí)現(xiàn)。
[0042]在模型的底部進(jìn)行地震輸入，首先將地震的加速度時(shí)程轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)上的等效荷載，在透射邊界節(jié)點(diǎn)上施加等效地震荷載(等效地震荷載的計(jì)算方法見沈聚敏、周錫元等人編著的抗震工程學(xué)《抗震工程學(xué)》中11.4.2節(jié))。
[0043](2)對比分析
[0044]—般情況下，豎向軟弱夾層物理力學(xué)特性較差，其存在對于場地地震響應(yīng)有放大作用。根據(jù)有限元計(jì)算的結(jié)果，比較帶豎向軟弱夾層的地基與均質(zhì)巖石地基的地震響應(yīng)差另O，得到豎 向軟弱夾層對于場地地震響應(yīng)的影響。
[0045]對于均質(zhì)巖石地基和帶軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，分別在模型頂部核島廠房區(qū)域選擇若干節(jié)點(diǎn)，一部分節(jié)點(diǎn)位于均勻巖石表面上，另一部分節(jié)點(diǎn)位于軟弱夾層表面。從有限元的計(jì)算結(jié)果中取出這些節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)時(shí)程，通過計(jì)算得到加速度時(shí)程對應(yīng)的反應(yīng)譜(時(shí)程轉(zhuǎn)譜的計(jì)算方法屬于結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本理論，可以通過商用計(jì)算軟件SASSI進(jìn)行，也可采用MATLAB等數(shù)值分析軟件編程計(jì)算)。
[0046]對于反應(yīng)譜每個(gè)頻率點(diǎn)，比較均質(zhì)巖石地基和帶軟弱夾層巖石地基模型各個(gè)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的差別，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的放大百分比，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)在模型表面分配的面積進(jìn)行加權(quán)，最終得到軟弱夾層對核島廠房基礎(chǔ)區(qū)域反應(yīng)譜的整體影響(反應(yīng)譜是橫軸為頻率、縱軸為加速度的曲線，反應(yīng)譜的比較可以在EXCEL中進(jìn)行；節(jié)點(diǎn)在模型表面分配的面積可以從軟件中直接得到)。根據(jù)以上得到的“對反應(yīng)譜的整體影響”，可以對坐落于帶軟弱夾層巖石地基上的核島廠房進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或影響評估。
[0047]具體來說，由于需要分析豎向軟弱夾層對核島廠房的整體影響，所以，所選的節(jié)點(diǎn)均為核島廠房基礎(chǔ)范圍內(nèi)(包括基礎(chǔ)邊界上)的節(jié)點(diǎn)。對于這些節(jié)點(diǎn)，可以得到兩個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果對比，即帶豎向軟弱夾層巖石地基的放大百分比。從軟件可以得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配的面積，這些節(jié)點(diǎn)分配面積的和等于核島廠房基礎(chǔ)的面積。豎向軟弱夾層對核島廠房的整體影響為，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的放大百分比乘以其分配的面積，求和，然后除以核島廠房基礎(chǔ)的面積。
[0048]3.靜力計(jì)算分析
[0049]對于帶豎向軟弱夾層的地基，采用對一定深度的軟弱夾層進(jìn)行混凝土置換的處理方案。靜力計(jì)算分析主要用于確定置換混凝土的技術(shù)方案，采用不同的置換深度、支撐寬度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)置換混凝土應(yīng)力、地基變形，確定可行的置換混凝土方案。
[0050]3.1計(jì)算模型
[0051]計(jì)算中需要建立二維有限元模型，采用的計(jì)算軟件為大型商用有限元軟件ANSYS，單元類型為平面應(yīng)變PLANE42單元。模型中包括均質(zhì)巖石、軟弱夾層以及混凝土。
[0052]需要在軟件中設(shè)定模型中均質(zhì)巖石、軟弱夾層、混凝土三種材料的材料特性參數(shù)，包括質(zhì)量密度、靜彈性模量、靜泊松比。均質(zhì)巖石、軟弱夾層的材料特性參數(shù)可以從勘察報(bào)告中得到，混凝土的材料特性參數(shù)可根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》中4.1節(jié)取值。
[0053]模型尺寸通過試算確定，當(dāng)模型尺寸足夠大時(shí)，模型尺寸繼續(xù)增大對計(jì)算結(jié)果沒有明顯的變化(由于二維有限元模型靜力計(jì)算需要的計(jì)算資源較小，一般情況下，模型尺寸的增大對計(jì)算時(shí)間不會有大的影響)。
[0054]根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的重量,綜合考慮地震影響,在模型的上表面施加靜力荷載。
[0055]模型中采用不同的置換混凝土深度方案進(jìn)行計(jì)算。
[0056]3.2計(jì)算結(jié)果
[0057]計(jì)算結(jié)果主要包括兩部分內(nèi)容。
[0058]第一，置換混凝土跨中底部的拉應(yīng)力。置換混凝土可以簡化成土建結(jié)構(gòu)中的單向板。從材料特性看，混凝土抗壓強(qiáng)度比其抗拉強(qiáng)度高很多(一般相差10倍以上)。置換混凝土跨中底部為受拉區(qū)，由有限元模型計(jì)算得到的拉應(yīng)力應(yīng)小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》中規(guī)定的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
[0059]第二，置換混凝土的最大豎向變形。由有限元模型計(jì)算可以得到置換混凝土的最大豎向變形，此數(shù)據(jù)可作為地基的不均勻沉降，用于上部核島廠房結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算，以此進(jìn)行上部核島廠房結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)或影響評估。
[0060]4.地基處理方案
[0061]采用置換混凝土的方法進(jìn)行地基處理，地基處理方案包括置換混凝土的詳細(xì)尺寸，置換混凝土詳細(xì)尺寸包括其平面上的分布、不同區(qū)域的厚度，以及不同區(qū)域置換混凝土的過渡，以平面圖布置圖和剖面圖的形式給出。
[0062]通常情況下，豎向軟弱夾層寬度較小，平面上呈條狀分布，需要給出三方面的尺寸信息:(I)平面上沿軟弱夾層走向的方向，置換混凝土應(yīng)超出核島廠房基礎(chǔ)一定的范圍，超出廠房基礎(chǔ)邊界的尺寸不應(yīng)低于其置換深度。(2 )平面上垂直軟弱夾層走向的方向，置換混凝土應(yīng)以一定的寬度支撐在均質(zhì)巖石上，置換混凝土每側(cè)支撐寬度可設(shè)為地面上豎向軟弱夾層水平寬度的0.2倍，最寬不超過2m。(3)置換混凝土豎直方向的深度，應(yīng)根據(jù)靜力計(jì)算的結(jié)果確定，在跨中底部混凝土的拉應(yīng)力不超過規(guī)范中設(shè)計(jì)值的前提下，越小越好。
[0063]除此之外，處理方案中還應(yīng)包括必要的施工措施，具體如下:
[0064](I)開挖施工時(shí)，建議采用的基巖、軟弱夾層的放坡坡度，坡度值可從勘察報(bào)告中得到。為防止巖掉塊，應(yīng)做好坡面防護(hù)。
[0065](2)軟弱夾層開挖后，避免被水浸泡的措施，如采取排水措施、塑料布遮擋等措施。開挖后應(yīng)及時(shí)組織驗(yàn)收和基坑的保護(hù)，可采用200_厚的C25混凝土進(jìn)行封閉。
[0066](3)為了增加安全性，減少施工過程中混凝土的開裂，置換混凝土中可適當(dāng)配置鋼筋。在方案中明確鋼筋的牌號、間距、定位、保護(hù)層等內(nèi)容。
[0067](4)施工公差要求。
[0068](5)應(yīng)遵循的施工規(guī)范要求，如《大體積混凝土施工規(guī)范GB50496-2009》的要求。
[0069]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，包括如下步驟: (1)在建造核電廠的工程場地上進(jìn)行巖土工程勘察和試驗(yàn)，得到地基中基巖和軟弱夾層的動力、靜力物理力學(xué)參數(shù)； (2)進(jìn)行動力計(jì)算分析，計(jì)算豎向軟弱夾層的存在對于工程場地的反應(yīng)譜的影響，將放大后的反應(yīng)譜作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地震輸入； (3)進(jìn)行靜力計(jì)算分析，計(jì)算置換混凝土區(qū)域的沉降和應(yīng)力，置換混凝土的應(yīng)力用于置換混凝土方案的設(shè)計(jì)，置換混凝土區(qū)域的沉降作為地基的不均勻沉降，用于上部結(jié)構(gòu)受力分析和配筋設(shè)計(jì)； (4)采用混凝土對一定深度的豎向軟弱夾層進(jìn)行置換，并保證置換后的混凝土在基巖上有一定的支撐。
2.如權(quán)利要求1所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(1)中所述的物理力學(xué)參數(shù)包括地震波波速、質(zhì)量密度、動泊松比、靜泊松比、動彈性模量、靜彈性模量、動阻尼比。
3.如權(quán)利要求2所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(2)中的動力 計(jì)算分析采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件實(shí)現(xiàn)，分別建立三維均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型采用相同的網(wǎng)格劃分，并分別設(shè)定兩種材料的材料特性參數(shù)，包括動彈性模量、動泊松比、質(zhì)量密度、質(zhì)量阻尼系數(shù)、剛度阻尼系數(shù)，模型邊界采用非反射邊界。
4.如權(quán)利要求3所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(2)中所述的有限元模型的建立采用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件的三維實(shí)體單元S0LID164，單元的最大尺寸設(shè)為地震波最小波長的1/6，地基模型三個(gè)方向的尺寸均采用核島廠房基礎(chǔ)3倍長度。
5.如權(quán)利要求3或4所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(2)中，對于均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基兩個(gè)有限元模型，分別在模型頂部核島廠房區(qū)域選擇若干節(jié)點(diǎn)，一部分節(jié)點(diǎn)位于均勻巖石表面上，另一部分節(jié)點(diǎn)位于軟弱夾層表面，從有限元的計(jì)算結(jié)果中取出這些節(jié)點(diǎn)的加速度響應(yīng)時(shí)程，通過計(jì)算得到加速度時(shí)程對應(yīng)的反應(yīng)譜；對于反應(yīng)譜每個(gè)頻率點(diǎn)，比較均質(zhì)巖石地基和帶豎向軟弱夾層巖石地基模型各個(gè)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的差別，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的放大百分比，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)在模型表面分配的面積進(jìn)行加權(quán)，最終得到豎向軟弱夾層對核島廠房基礎(chǔ)區(qū)域反應(yīng)譜的整體影響。
6.如權(quán)利要求2所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(3)中的靜力計(jì)算分析采用ANSYS有限元軟件實(shí)現(xiàn)，有限元模型包括均質(zhì)巖石、豎向軟弱夾層以及混凝土，單元類型為平面應(yīng)變PLANE42單元，分別設(shè)定模型中均質(zhì)巖石、軟弱夾層、混凝土三種材料的材料特性參數(shù)，包括質(zhì)量密度、靜彈性模量、靜泊松比；模型尺寸通過試算確定。
7.如權(quán)利要求6所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(3)中的計(jì)算結(jié)果包括置換混凝土跨中底部的拉應(yīng)力、置換混凝土的最大豎向變形，其中，置換混凝土跨中底部的拉應(yīng)力應(yīng)小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》中規(guī)定的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，置換混凝土的最大豎向變形作為地基的不均勻沉降，用于上部核島廠房結(jié)構(gòu)的靜力計(jì)算。
8.如權(quán)利要求1所述的核電廠含豎向軟弱夾層地基的論證分析以及地基處理方法，其特征在于:步驟(4)中置換混凝土的詳細(xì)尺寸包括其平面上的分布、不同區(qū)域的厚度，以及不同區(qū)域置換混凝土的過渡；置換混凝土每側(cè)支撐寬度設(shè)為地面上豎向軟弱夾層水平寬度的0.2倍，最寬不超過 2m。
【文檔編號】G06F17/50GK103882849SQ201410074990
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】孟劍, 李玉民, 張超琦, 王保樹, 王黎麗 申請人:中國核電工程有限公司