本项研究从冻土场地效应、冻土对桥梁地震响应的影响、冻土与桥梁结构相互作用3个方面总结了冻土区桥梁抗震的多年研究现状,旨在推动多年冻土区桥梁抗震理论的发展.结果表明:冻土场地地震效应显著,目前多年冻土区桥梁抗震设计中未充分考虑冻土场地效应的影响,且缺乏相应的抗震规范依据.大量数值分析结果显示,季节与多年冻土层均对桥梁地震响应产生显著影响,而目前多年冻土区桥梁结构-冻土体系的耗能机制及破坏特征的研究不充分,仍需大量震害调查和试验研究.对于多年冻土区桥梁工程广泛采用的桩基础形式,冻土层的存在使得地震作用下桩-冻土相互作用机理复杂化,桩-冻土相互作用理论计算模型有待完善.桥梁抗震分析中未充分考虑冻土水热效应的影响(冻土随温度和含水量等水热特性变化引起的力学性能的改变).上述问题都是今后多年冻土区桥梁抗震研究需重点关注的方向.

为分析冻土场地波速变化规律,通过现场钻孔波速测试,并结合已有典型场地波速资料,研究了青藏铁路沿线多年冻土场地波速比的经验值及波速变化受控制因素的影响规律。结果表明:多年冻土场地纵横波速比经验参考值可选用1. 5左右;冻土层波速传播规律与地温、土层埋深、土质属性、冻结冰晶含量等诸多因素相关;冻结作用使土体的结构性增强从而冻土体强度增强,冻结状态下土体的波速通常大于未冻结场地土体;多年冻土层波速值随土层深度的增加、地温的降低和冻结土体中冰晶含量的增加而增加。

以青藏铁路工程抗震设计与地震加固为应用背景,基于冻土场地路基的若干典型工况,开展多年冻土场地路基地震响应动应力性状的研究工作。研究表明,与不同的场地地形条件相比,冻土层对路基地震响应动应力的影响更加突出,尤其是含冻土层路基的地震动应力幅值、频率较不含冻土层路基的地震动应力幅值、频率大得多,因而冻土层的存在可能加剧了路基的震害响应。

多年冻土场地路基及与之相关土工构筑物的抗震已成为以往研究不足、而目前道路建设中又必须尽快解决的重要工程问题之一。以在建的青藏铁路工程的抗震设计与地震加固为应用背景,基于若干种较为典型的冻土场地路基工况,采用非水平场地土体(土工结构物)地震反应分析的二维动力有限元法,分别输入El Centro波及天津波,开展多年冻土场地路基地震加速度反应谱的研究工作。研究表明,在高频El Centro波和低频天津波输入下,无论冻土层存在与否,路基地震加速度反应谱均主要表现为高频脉冲型,反映了路基的地震冲击型破坏作用;当输入高频El Centro波时,在中、低频段,含冻土层路基的地震加速度反应谱较不含冻土层路基的地震加速度反应谱大;而在低频天津波输入下,冻土层存在与否,对路基地震加速度反应谱的影响较小。与不同的场地地形条件相比,输入地震波频率的不同,对冻土路基地震加速度反应的影响更大,尤其是当存在融沉盆时更加剧了路基的地震加速度反应。

直接针对目前多年冻土场地道路工程抗震问题研究尚很薄弱这一事实,以在建的青藏铁路工程的抗震设计与地震加固为应用背景,基于若干种较为典型的多年冻土场地路基工况,开展多年冻土场地路基地震动位移性状的研究工作。研究表明,与不同的场地地形条件相比,场地冻土层厚度对路基地震位移响应的影响更加突出,尤其是含冻土融层路基的地震动位移值较不含冻土融层路基的地震动位移值大,因而冻土融层的存在无疑加剧了多年冻土场地路基的震害响应。