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理论及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”或“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:
- 依据抗震设防烈度 – 和承压水相同。
- 输入水下地震角 – 和承压水相同。
- 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 | - | ||
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 | - | - |