一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法与流程

本发明涉及一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，该方法广泛适用于建筑物的防震措施中。

背景技术：

历次的地震灾害资料表明：地震区建筑结构设防与不设防，震后结果大不一样。大部分按抗震规范设计施工(或加固)的建筑物，都经受住了地震的考验；而未能妥善进行抗震设防的建筑物，地震时将产生严重震害。历年许多工程建设在进一步巩固建筑物稳固性的基础上对其进行加固，而要使工程建设真正达到能够减轻以至避免地震灾害，必须把抗震设防工作自场址选择、规划、设计、施工、质量监督和竣工验收贯彻始终。防震设计上应采取更为严格的技术标准与措施才能保证其安全性。

目前，我国对于高层建筑防震设计规范以及相关的设计规程都较为完善，这些设计规程对于高层建筑防震设计有着很好的指导作用。然而仅仅在建筑物上进行加固，有一定的局限性。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，本技术在建筑物外围修筑非牛顿流体防护层，巧妙地利用了非牛顿流体的特殊性质，削弱及阻断地震波传递强度，从而保证建筑物的稳定安全。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

step1：根据当地地勘报告和地震报告，了解建筑物周围的地层情况和地震发生的大致方向，通过数值模拟，确定开挖沟槽的位置及深度，确定开挖位置后便确定沟槽开挖线，建立测量控制网，核定永久水准点，制定出放线方案；

step2：放线完成后，进行开挖，其沟槽开挖长度、宽度及深度都根据当地建筑物情况的地震数值模拟而定，放坡比例根据地层需要而定，先采用人工开挖后，再采用挖掘机机械开挖至设计深度；

step3：沟槽开挖完成后，对沟槽壁表面喷射混凝土，将沟槽开挖时的土方和稠状物、水混合制成淤泥，形成非牛顿流体，并在此混合物中掺入适量高分子溶液提高其非牛顿流体特性；

step4：自制的非牛顿流体填充沟槽后，形成地震波消能区，在地震波消能区种植景观植物，在其中养些鱼类，保证地震波消能区内生态平衡。

所述step2中机械开挖时，边支护边开挖，对沟槽壁采取钢板或锚杆相应支挡措施以保证人员安全和沟槽稳定性，并且对邻近建筑的沟槽壁采取多重加固，其它沟槽壁采用简单支护保证安全即可。

所述step3高分子溶液采用聚乙烯氧化物，所述非牛顿流体材料可替换河砂或沙土制成的流沙或沙土混合物的非牛顿流体。

所述step4中地震消能区包括最外层地震波消能区、第二层地震消能区和第三层地震消能区。

所述最外层地震波消能区设置在靠近建筑基础的一侧，在建筑基础上为建筑物，所述最外层地震波消能区由防护墙、外层混凝土墙、水层及非牛顿流体层组成；所述非牛顿流体层和水层共同构成双层消能带。

所述最外层地震波消能区靠近建筑物的一侧采取多重加固和设置防护墙，其它区域采用喷射混凝土简单支护，形成人为设置的最外层地震波消能区的薄弱层。

所述step2中沟槽的开挖长度、宽度及厚度和几层沟槽来抵御地震波均可通过数值模拟来确定，通过施加不同强度的地震波后，观察在该条件下形成的塑性区面积，选取塑性区面积小又经济的条件，从而确定开挖沟槽的相关参数和布置几层隔震沟槽，使传到建筑物的地震波强度极大削弱或无影响。

所述非牛顿流体层采用土、水、石膏混合最终形成稠状的混合物或各种糜状食品物料。

所述最外层地震波消能区、第二层地震消能区和第三层地震消能区采用非牛顿流体层和中部放空层两部分组成，所述中部放空层不填充非牛顿流体材料，所述最外层地震波消能区、第二层地震消能区和第三层地震消能区采用钢板形成；所述中部放空层内部穿过水管、光纤和地下线路。

所述step2每层沟槽之间是岩土体区域，在岩土体区域内采用微孔爆破，形成松软区域。

本发明有如下有益效果：

1、本发明提出了一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，利用非牛顿流体遇强则强、遇弱则弱的特性，从外部消去或阻断地震波传递的能量，而且人为控制所挖沟槽的薄弱面，使消能后的地震波朝着薄弱面方向破坏，从而保证沟槽后的建筑物稳定安全。

2、每次地震对沟槽制造的破坏会形成一层松动圈，随着地震次数增加，薄弱面破坏形成的松动圈范围也会增大，这样该松动圈本身也是消去地震波能量的一层防护圈，为建筑物安全又增加一层保障。

3、地震消能区由多个小消能区组成，形成多层削弱地震波强度的区域，最大限度的消去地震波能量，从而使建筑物免受地震的危害，达到保护建筑物的目的。

4、本发明方法操作简便，自制的非牛顿流体都是当地取材，既经济又便捷。

5、沟槽内可种植荷花、水草等景观植物，还可以在其中养些鱼类，维持池塘内生态平衡，这样既美观又使人尝心悦目。

6、对于一些重要建筑，比如核电站、古代建筑等，可利用本专利方法消去或阻断地震波能量，从而保护这些建筑物安全，避免核电站破坏引起的核料泄露，保证古建筑的完整。

7、针对大型建筑群，可利用天然河道配合本专利方法形成地震消能或阻断带，达到消去或阻断地震波能量，从而保护建筑群安全，保证人民安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明所涉及的非牛顿流体单层防震示意图。

图2为本发明所涉及的非牛顿流体多层防震平面示意图。

图3为本发明所涉及的非牛顿流体消能区a-a剖面示意图。

图4为本发明所涉及的非牛顿流体消能区b-b剖面示意图。

图5为本发明所涉及的非牛顿流体消能区c-c剖面示意图。

图中：防护墙1、外层混凝土墙2、水层3、非牛顿流体层4、建筑基础5、建筑物6、岩土层7、微爆孔8、第二层地震消能区9、最外层地震消能区10、第三层地震消能区11、地震消能区12、地震波13、中间放空层14、钢板15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-5，一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，其特征在于该方法包括以下步骤：step1：根据当地地勘报告和地震报告，了解建筑物周围的地层情况和地震发生的大致方向，通过数值模拟，确定开挖沟槽的位置及深度，确定开挖位置后便确定沟槽开挖线，建立测量控制网，核定永久水准点，制定出放线方案；

step2：放线完成后，进行开挖，其沟槽开挖长度、宽度及深度都根据当地建筑物情况的地震数值模拟而定，放坡比例根据地层需要而定，先采用人工开挖后，再采用挖掘机机械开挖至设计深度；

step3：沟槽开挖完成后，对沟槽壁表面喷射混凝土，将沟槽开挖时的土方和稠状物、水混合制成淤泥，形成非牛顿流体，并在此混合物中掺入适量高分子溶液提高其非牛顿流体特性；

step4：自制的非牛顿流体填充沟槽后，形成地震波消能区12，在地震波消能区12种植景观植物，在其中养些鱼类，保证地震波消能区12内生态平衡。

进一步的，所述step2中机械开挖时，边支护边开挖，对沟槽壁采取钢板或锚杆相应支挡措施以保证人员安全和沟槽稳定性，并且对邻近建筑的沟槽壁采取多重加固，其它沟槽壁采用简单支护保证安全即可。

进一步的，所述step3高分子溶液采用聚乙烯氧化物，所述非牛顿流体材料可替换河砂或沙土制成的流沙或沙土混合物的非牛顿流体。

进一步的，所述step4中地震消能区12包括最外层地震波消能区10、第二层地震消能区9和第三层地震消能区11。

进一步的，所述最外层地震波消能区10设置在靠近建筑基础5的一侧，在建筑基础5上为建筑物6，所述最外层地震波消能区10由防护墙1、外层混凝土墙2、水层3及非牛顿流体层4组成；所述非牛顿流体层4和水层3共同构成双层消能带。当地震波13传递到上面的水层3，水体能消散部分力和能量；地震波13传到非牛顿流体层4时，在里面来回震动渐渐地消去地震波的能量，形成双层消能带，从而达到保护建筑物的目的。

进一步的，整个地震波消能区12由多个小消能区组成，形成一个大面积的地震波消能区12，进而形成多重防护可以不断削弱地震波传过来的强度，最终使地震波传到建筑物的力极大削弱或无地震波影响，从而达到隔震保护建筑物的目的。

进一步的，当消能后的地震波经过时，地震波会朝着较为薄弱的两边扩散，而不会破坏防护墙1，从而达到保护内层建筑的目的；当再次遭遇地震波经过消能区时，消能后的地震波会沿着上次地震造成破碎的区域破坏并扩散，而不会破坏防护墙1；这样将破碎带再次破坏，从而将地震波能量消耗掉，同时破碎带被震碎，形成更大面积的破碎带，每次经过地震破坏，破碎带的范围会不断扩大，防震效果也不断得到加强。

进一步的，所述最外层地震波消能区10靠近建筑物的一侧采取多重加固和设置防护墙1，其它区域采用喷射混凝土简单支护，形成人为设置的最外层地震波消能区10的薄弱层。目的在于使消能后的地震波朝着设置的薄弱层破坏，这样便让地震波远离建筑物，保证最外层地震波消能区1内建筑物稳定安全。

进一步的，最外围的最外层地震波消能区10非牛顿流体上部可填水层3，形成池塘并可在其中养鱼养花，改善气候的同时美化环境，后面的小消能区均是埋置于地表下，并不会影响建筑物本身安全。

进一步的，天然湖泊、湿地本身可用做最外层地震波消能区10，对其靠近建筑群的方向采用一些加固措施，并在水底钻孔使其水底层松软，形成淤泥自动沉降，最终形成消能区12达到保护建筑物的目的。

进一步的，所述step2中沟槽的开挖长度、宽度及厚度和几层沟槽来抵御地震波均可通过数值模拟来确定，通过施加不同强度的地震波后，观察在该条件下形成的塑性区面积，选取塑性区面积小又经济的条件，从而确定开挖沟槽的相关参数和布置几层隔震沟槽，使传到建筑物的地震波强度极大削弱或无影响。

进一步的，所述非牛顿流体层4采用土、水、石膏混合最终形成稠状的混合物或各种糜状食品物料。非牛顿材料可视当地情况而定，还可以在混合物中加入一些高分子溶液，以增强非牛顿流体的特性。

进一步的，所述最外层地震波消能区10、第二层地震消能区9和第三层地震消能区11采用非牛顿流体层4和中部放空层14两部分组成，所述中部放空层14不填充非牛顿流体材料，所述最外层地震波消能区10、第二层地震消能区9和第三层地震消能区11采用钢板15形成；所述中部放空层14内部穿过水管、光纤和地下线路。目的在于最大化的利用现有空间，避免重新开挖通道来放置这些地下线路，一定程度上能节约成本。

进一步的，所述step2每层沟槽之间是岩土体区域7，在岩土体区域7内采用微孔8爆破，形成松软区域。

进一步的，根据当地实际情况和地震波数值模拟，地震波消能区可以是单层的也可以是多层组成形成大的地震波消能区。

实施例2：

一种基于非牛顿流体的建筑物防震方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1.根据当地地勘报告和地震报告，了解建筑物周围的地层情况和地震发生的大致方向，并在沟槽开挖前，认真组织人员学习图纸，进行调查研究，充分了解挖槽段的土质，地下水位、地下结构物，沟槽附近地上结构物及施工环境等情况，选用合适挖掘机，制定必要的安全措施，确保施工质量及安全。

2.根据《给水排水管道工程施工及验收规范》gb50268-2008规范及设计要求，确定出开挖线，建立测量控制网，核定永久水准点，并认真熟悉图纸，定出放线方案。

3.放线完成后，便开始开挖，通过数值模拟确定沟槽开挖长度为15-18m，宽度为5-8m，深度为4-6m，放坡比例为1:0.75，先采用人工开挖至1m的位置，然后采用挖掘机开挖至设计深度。

4.机械开挖时，应边支护边开挖，对沟槽壁采取钢板或锚杆等相应支档措施以保证人员安全和沟槽稳定性，并且对邻近建筑的沟槽壁采取多重加固，其他沟槽壁采用简单支护保证安全即可。

5.最外层的沟槽开挖完成后，再将最外层沟槽开挖尺寸向后平移3-5m的距离后，将其确定为第二层沟槽的开挖位置，第二层开挖线确定后便开始开挖，开挖深度比最外层沟槽开挖深度多1-1.5m，以第二层开挖的沟槽为基础，再向后开挖两层相同的沟槽，最终形成四层沟槽区域。

6.沟槽开挖完成后，对沟槽壁表面喷射混凝土及锚杆支护保证沟槽稳定性，支护措施之后就地取材，将沟槽开挖时的土方或沙土混合物与石膏粉、水混合制成非牛顿流体，并在此混合物中掺入适量高分子溶液提高它的非牛顿流体特性。

7.在从内往外的沟槽中依次填充自制的淤泥或沙土混合物非牛顿流体，里面的三层沟槽填充后，表面放置一块钢板，然后在上面填充土方并压实，最外层填充淤泥或沙土混合物非牛顿流体后，上面浇灌水，形成小池塘可在其中种植荷花、水草等景观植物，还可以在其中养些鱼类，保证小池塘内生态平衡。

8.当地震波传至开挖沟槽填充自制非牛顿流体后形成的小池塘内，利用小池塘内水和非牛顿流体渐渐削弱地震波的强度，最后使消能后的地震波朝着沟槽薄弱处破坏，这样达到消去或阻断地震波能量的目的，从而保证周围建筑物安全。而且，每次地震对沟槽制造的破坏会形成一层松动圈，随着地震次数增加，形成的松动圈范围也会增大，这样该松动圈也是消去地震波能量的一层防护圈。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。