黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明:黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈"增加→衰减→增加"的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

城市地下综合管廊节点地震响应的影响因素分析

建立城市地下综合管廊典型节点二维有限元模型,分析在不同地震波不同峰值加速度、不同地震波相同峰值加速度,以及是否考虑土-结构接触面的接触作用下的地震响应。结果表明：①在不同地震波不同峰值加速度作用下,随地震波峰值的增大管廊节点的侧向位移、峰值加速度、峰值应力随之增大;②在不同地震波相同峰值加速度作用下,地震波的频谱特性对节点地震响应有显著影响;③是否考虑土-结构接触面的接触作用对管廊节点地震响应有较大影响。     

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。     

地震作用下锚固滑坡动力响应研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究在逐级增大加载强度条件下锚固滑坡的动力特性、加速度响应及地震动参数对加速度响应的影响等动态响应特征。结果表明:①地震作用下,锚固滑坡的破坏形式主要为框架之外素土部分上部的张拉破坏和坡底的剪切破坏。②锚固滑坡对输入地震波具有放大作用,且沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势。③不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同。低强度地震波作用时,输入波的频率越接近锚固体的自振频率,坡面加速度放大效应越强;高强度地震波作用时,输入波的频率越低,坡面加速度放大效应越强;低频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越强;高频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越弱。研究结果对锚固滑坡的抗震设计具有一定的参考意义。     

复杂土层结构黄土场地地震动反应特性

基于复杂土层结构黄土场地的振动台缩尺模型试验,揭示了强震作用下场地的地震动响应规律;结合数值仿真模拟,分析了模型场地位移变化规律、地震波传播特征等。结果表明:(1)输入同一地震荷载情况下,峰值加速度(PGA)沿高程方向呈现递增趋势;同一监测点,PGA变化与地震动强度呈现正相关。(2)水平分量PGA大于垂直分量PGA;试验结果和计算所得PGA放大系数变化略有差异。(3)地表位移放大系数在2. 5～3. 5范围内变化;位移峰值的变化趋势与加速度峰值变化相似。(4)地震波传播速度变化与高程之间呈现负相关关系;在上覆土层厚度小于42. 5 m的情况下,地震波传播速度受上覆土层厚度影响较小;地震波在该黄土场地传播的过程中,其水平分量速度较垂直分量速度递减明显。试验与计算结果对黄土场地建筑选址和抗震设防具有一定的参考意义。     

地震动作用下隧道洞口段破坏特征试验研究∗

为研究山岭隧道洞口段在地震动力作用下对边坡变形特征及其二者之间的相互影响,以宝兰客专某黄土隧道为工程背景,开展了大比例尺的黄土隧道洞口段大型振动台模型试验,输入不同类型的地震动参数,分析在地震动力作用下黄土隧道洞口段的动力响应及变形破坏特征。结果表明：(1)随着地震动强度的增大,模型表观和内部经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;(2)阿里亚斯强度(Arias Intensity)的水平与垂直分量的放大系数云图呈现颜色区域互补状态,能量衰减区集中在洞口拱顶附近的围岩,仰拱底部 1~4.50 倍洞径和拱顶 2.50~4 倍洞径围岩范围则为能量加强区;(3)不同地震波形、相同加载方向,加速度水平、垂直分量的峰值连线线形相似,个别测点的加速度峰值突出到线形之外,峰值出现时刻明显提前或滞后,说明围岩发生较大的塑性变形或破坏;(4)单向加载时,拱顶、仰拱底部围岩沿隧道进深方向的加速度放大效应基本一样,沿垂直方向的放大系数连线的台阶式变化更为明显。双向耦合加载时,拱顶、仰拱底部围岩的放大系数连线的台阶式变化都较为明显。     

基于大型振动台试验的偏压隧道地震响应特性研究

基于动力模型相似理论,设计了一个尺寸为1∶10的偏压隧道模型进行大型振动台试验,研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。试验结果表明:偏压隧道竖向加速度响应与地震波、振幅和测点位置有关,且对激振加速度有放大效应,但随输入加速度峰值的增大而减小,受临空坡面放大效应的影响,同一高程靠近坡面的偏压侧放大系数大于非偏压侧(除拱脚外);水平向加速度响应主要与测点位置关系较大,受波形和振幅影响较小。衬砌在地震作用下主要承受拉应力,主应力随输入加速度峰值的增大而增大,非偏压拱脚主应变值最大是抗震设防的关键部位。     

基于离心模型试验的自由场地震响应研究

本文进行了砂质粉土层自由场地震响应的离心机振动台模型试验,研究了不同地震荷载条件下自由场的响应。研究结果表明,自由场响应与地震强度条件密切相关,地层响应加速度具体量值随入射地震波强度的增加而增大,但加速度放大系数却随地震强度的增大而减小,此外,地震强度对场地的侧向水平位移和地表沉降同样存在影响。     

深厚软弱场地地震反应特性研究

以南京、盐城、上海的 3个典型场地作为长江下游地区深厚软弱场地的代表 ,探讨了深厚软弱场地的地震效应特性。首先 ,利用南京工业大学岩土工程研究所自行研制的GZZ 1自振柱试验机 ,对 3个典型场地的原状土样进行试验研究 ,获得了各类典型土的动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化曲线 ;其次 ,选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动 ,将Taft、ElCentro和Northridge地震波加速度时程的峰值水平调整为 0 .35m/s2 ,0 .70m/s2和 0 .98m/s2 ,利用程序SHAKE91对 3个场地进行了输入不同地震波、不同峰值加速度水平的 2 7种组合的地震反应分析。数值分析表明 :场地条件和基岩输入地震动特性对土层的地震加速度放大效应有显著影响 ,地表处的地震加速度放大系数随着输入地震波峰值的增加而减小 ,土层内部的这种规律性不如地表处表现得明显 ;地表软弱土的存在使土层地表处的地震加速度放大系数急剧增大 ,场地内部软弱土夹层处的地震加速度放大系数急剧增大 ,强震时易失效 ;互层土特殊的层理构造会造成该土层的剪应变幅值急剧增大。     

SV波垂直入射盆山耦合场地对地面运动的影响∗

基于多次透射边界和有限元数值模拟方法,研究了 SV 波垂直入射下,山体高度、盆地深度、以及山体与盆地剪切波速变化对盆山耦合场地位移峰值放大系数、位移频谱及谱比的影响。结果表明：(1)盆地与山体均对地震波有放大作用,从坡底到坡顶位移放大效用逐渐增大,从盆地外边缘到盆地中心位移放大效应逐渐增大,但盆地内放大系数分布特征受盆地深宽比的强烈影响。(2)山体测点位移峰值放大系数 AF 随山体高度增大而增大;山体的存在减弱了盆地的地表地震动放大效应,导致盆地远离山体一侧的放大更强烈,反之亦然。(3)随盆地波速的减小或山体波速的增大,盆地 AF 最大值增大,且最大 AF 出现的位置向远离山体一侧偏移,而山体各测点的 AF 值受此影响较小。(4)山顶处谱比峰值主要受山高、盆地深度及盆地波速影响,但最大放大频率及分布特征基本不变;山体波速对山顶处谱比分布影响显著。盆地中点处谱比受各参数影响均较显著,但规律较复杂。盆山复合场地的地震动分析中需考虑二者的耦合效应对地震动的影响。     

深厚第四纪沉积土非线性性能对地表地震动特性的影响∗

土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性，利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期T_p、平均谱周期T_avg及加速度傅氏谱平均周期T_m表征地表地震动频谱特性；以Arias强度I_a和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明：(1) 特定场地条件下，T_p不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响；T_avg和T_m在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性；(2) 基岩地震动高频丰富时，T_avg和T_m随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势；而基岩地震动低频较发育时，T_avg和T_m的增长趋势线存在明显的拐点；（3）PGA与I_a值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势，且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。     

基于多点地震动输入条件下的土质边坡地震反应分析

地震工程中地震反应分析一般都假设研究目标与外部介质接触面各个点上地震动参数是完全一致的,即单点输入。但地震波能量、振幅等在传播过程中存在一定的衰减和散射现象,故边坡与外部介质接触面不同输入点上的运动不完全一致,在大尺度范围内考虑单点输入的情况与实际有一定的偏差,故需要进行多点输入方面的研究工作。以二维土质边坡模型为例,分别进行单点输入和多点输入,考虑其土层地震反应、塑性区分布、安全系数等特征,分析比较其异同,从而更好的为边坡抗震设计提供借鉴。结果表明,在土层地震反应分析方面,对同一监测点,多点输入下的加速度输出峰值、速度输出峰值均大于单点输入下的峰值,峰值出现的时间也早于单点;在塑性分布区方面,多点效应表现为发生了更明显的拉剪破坏现象;在安全系数方面,每一时刻多点输入下的安全系数均小于单点输入下的安全系数,相差约7%。综上所述,在大尺度范围内,考虑多点输入比单点输入更为合理和符合实际情况,故在抗震设计时应该考虑多点输入。     

青藏工程走廊冻土场地地震动特征初步分析

在分析青藏工程走廊冻土波速基本特征基础上,结合室内动三轴有关冻土动力学特性的试验结果,考虑不同超越概率的人造地震荷载作用,对青藏高原多年冻土场地地震动特征进行分析。冻土场地地震反应计算考虑了气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大的背景,分别对不同冻土场地条件地震动特征进行分析,明确了活动层厚度、融冻状态及冻土层厚度等因素对冻土场地的加速度放大效应、地基土应变及反应谱特征周期变化特征。研究结果表明,尽管地表峰值加速度放大系数随活动层厚度增加而增加,然而活动层土体厚度及状态的变化不足以改变场地的固有特性,对场地特征周期影响不明显。场地的固有特性随着冻土层厚度的变化而发生变化,冻土层厚度对地震动放大效应的抑制作用随着输入地震荷载的增大越为明显。冻土层厚度对场地特征周期值影响较大,场地特征周期随着冻土层厚度增加呈对数增大趋势。     

饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩动力响应规律研究∗

为研究饱和砂土场地地震液化情况下直斜群桩水平动力响应规律,使用浙江大学ZJU400土工离心试验设备进行了饱和砂土场地2×2高承台直斜群桩的离心机振动台模型试验,通过两组试验分别对于不同土层处的加速度时程以及孔压比进行分析。同时,结合饱和砂土的液化情况,分别针对2×2高承台直斜群桩在振动过程中承台水平动力响应以及桩身弯矩峰值的变化进行了对比分析。试验结果表明:随着振动强度的增大,饱和砂土层液化深度逐渐增加,尤其在近桩位置土层孔压比变化更为明显;直群桩承台水平加速度峰值在一定范围内出现了放大的现象,而斜群桩承台则基本未发生此显现;随振动强度的增加桩身弯矩峰值分布发生较大变化,其变化情况与饱和砂土液化有着较为密切的关系,在0.05g和0.1g工况下斜群桩桩身弯矩峰值明显小于直群桩,而0.3g工况时斜群桩桩身弯矩峰值出现了显著增加的现象并超过了同工况下直群桩情况。     

本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

超高层筒体结构模型振动台地震破坏试验研究

就超高层筒体结构在地震作用下的动力特性与破坏反应,对一个1∶50比例的超高层建筑模型进行了微震、强震直至破坏的振动台试验研究。试验通过满足弹性—重力相似条件得到原型结构在地震作用下的动力特性与破坏现象。结果表明,结构的横向二阶以上及竖向一阶振动对结构的抗震安全性起控制作用,结构中上部是抗震薄弱部位,试验破坏现象与实际震害吻合。