0前言
藏式古建筑是我国古代建筑史上一颗璀璨的明珠，其特点是就地取材、因材致用，建筑材料主要为土、石、木。在藏式古建筑修建过程中首先要做基础，如在山顶山坡的建筑多不开凿基槽，仅在基础部位清除地表层碎石土直到坚实的基岩，凿平基底即可砌石［1］。在河谷平原地区，基槽的宽度要略大于墙体，深度视土质情况而定，一般为0.3～1.5m。由于西藏自治区拉萨市周边时常发生地震，地基的承载力和稳定性有所下降，藏式古建筑抗震能力逐渐减弱，一旦发生地震将会对藏式古建筑造成一定的破坏。因此，本文将运用理论计算和数值模拟分析地震对藏式古建筑地基的稳定性影响。
1藏式古建筑场地类型
场地地基的类型宜根据土层覆盖层厚度及剪切波速的大小划分为四类，剪切波速越高，场地土越坚硬［2］，见表1。拉萨地处河谷地带，地表主要是以冲洪积物为主的第四纪沉积物，其厚度最深可达到20m左右。通过对市区建筑基坑实地勘测，得出其地基土剖面图，如图1。通过实地勘察和室内试验获得各土层厚度、成分及剪切波速度等参数，见表2。
2水平地震剪应力的确定
作用于深度为H的单元地基底面上的最大剪应力根据下列公式计算［3］:式中，γ为土的重度;g为重力加速度;h为土柱深度;amax为地面最大加速度。实际上，地基在地震过程中并非刚体运动，而是以变形体的形态出现。所以在深度h处的剪应力(τmax)应小于(τmax)r，因此引入地基动应力折减系数γd，则有:地面最大加速度amax参照GB50011－2010《建筑设计抗震规范》抗震设防烈度和设计基本地震加速度取值的对应关系如表4所示。通过对藏式古建筑地基的实地勘测及室内试验，得出地基水平地震剪应力计算所需参数，重度(γ)取值19.6kN/m3，深度(h)取值1.5m，重力加速度(g)10m•s－2，地面加速度(amax)随烈度变化。通过计算得到不同地震烈度下地基最大水平剪应力，见表5。
3地基土抗剪强度计算及分析
根据地基的稳定性分析方法，地基土抗剪强度的计算表达式如式(4):τf=c+σtanφ(4)式中，τf为地基土的抗剪强度，kPa;σ为作用在剪切面上的法向应力，kPa;φ为砂土的内摩擦角，(°)，干松砂土的φ值近似于其自然休止角(干松砂在自然状态下所能维持的斜坡的最大坡角)。c为土的黏聚力，kPa。根据地基的实地勘测及室内试验，计算所需参数为:密度为2.0g/cm3，粘聚力为3～6kPa，内摩擦角为28°～34°，压缩模量为300～400MPa，深度为1.5m，承载力为440～550kPa。剪切面上的法向应力取最小容许承载力的80%，通过计算得到地基土的最小抗剪强度τf=187.16kPa。通过对不同烈度下地基最大水平地震剪应力与地基平均抗剪强度对比分析得出:当地震烈度Ⅴ度时，地基最大水平剪应力远小于地基土固有抗剪强度，地基处于稳定状态;当地震烈度Ⅵ度时，地基最大水平剪应力略小于地基土固有抗剪强度，地基土处于极限稳定状态;当地震烈度为Ⅶ度以上时，地基最大水平剪应力大于地基土固有抗剪强度，地基将出现破坏并失稳。
4数值模拟计算分析
4.1模型建立及参数选取
应用ANSYS软件建立基础－地基土的有限元分析模型，如图2所示。根据勘查资料可得，拉萨市区地基土主要为卵石土，其中砾石、卵石含量约为15%，含水量约为12%，属Ⅱ类场地，故可看作中硬土。通过试验得出其主要参数弹性模量E=62.6MPa，剪切模量G=23.2MPa，泊松比μ=0.35，密度为2.0g/cm3，剪切波速为，362.3m/s。基础是由石块垒砌而成，模型参数值主要有:密度为2.5g/cm3，弹性模量E=69MPa，泊松比μ=0.2。按平面应变计算，基础和地基采用四边形四节点plane182单元离散。计算模型网格节点总数为5942个，单元总数为5762个，时间步距取0.005s。
4.2地震波的选取及输入
此次模拟采取人造地震波进行分析，该地震波适用于Ⅱ类场地。其Ⅳ度、Ⅴ度、Ⅵ度、Ⅶ度加速度峰值分别取0.10，0.31，0.63，1.25m/s2，时间间隔为0.01s，持续时间为15s。粘弹性边界地震动输入方法的基本原理是，当粘弹性边界完全吸收计算区域的外传散射波时，可以将地震作用力以边界节点的等效荷载方式输入，从而实现粘弹性边界的地震动输入。因此采用等效荷载法，在基础－地基土模型边界上施加等效荷载，模拟不同等级地震的作用。
4.3数值模拟数据分析
分别将不同烈度的地震波加载到计算模型上，得到模型上部节点，中部节点、下部节点的最大水平位移，三个观察节点位移变化曲线如图3。根据图3得出不同烈度地震下地基模型各节点的最大水平位移。相比较而言，模型在不同烈度地震作用下，节点92(上部节点)的最大水平位移比节点51(下部节点)的最大水平位移大，说明基础顶部在地震中更易遭受破坏，地基相对基础较稳定。随着地震烈度的逐渐增大，模型的反应强度逐渐增强，通过计算结果对比可以看出，Ⅳ度、Ⅴ度时，三个节点的位移较小，地基和基础基本稳定;Ⅵ度时，三个节点位移增大，地基处于欠稳定状态，但基础出现裂缝;Ⅶ度时，三个节点位移继续增大，地基及基础裂缝不断扩展并破坏。
5结论
通过藏式古建筑地基勘察及试验获取其相关参数，并计算分析其稳定性，再运用数值模拟不同地震烈度时地基的稳定性。结果表明，Ⅵ度时，地基欠稳定，基础出现裂缝;Ⅶ度时，地基不稳定，基础的裂缝不断扩展并破坏。
作者：范宇飞 李文俊 马虎超 王萍琳 叶唐进 单位：西藏大学工学院
