地震作用下考虑地基土层构成的高耸式结构物动力有限元分析

本文利用基于有效应力原理的有限元程序,计算了埋立在软弱成层地基上的高耸式结构物地震响应,重点考虑成层地基的土层构成对结构物地震稳定性的影响。结果表明:(1)地表土体为松散的冲填砂时,地震中产生砂土液化,极大的降低了地表承载力,高耸式结构物的埋深应适当增加;(2)地表土体为软弱的冲积黏土时,地震中并未产生液化破坏,但由于地表黏土层放大了地震波振幅,结构物摇晃剧烈,应着重验算结构物自身的抗弯刚度;(3)地表同为易液化的冲填砂、结构物埋深足够大时,还应考虑易液化层厚度,厚度较大的易液化层能够有效的减弱地表处地震波振幅,降低结构物的倾覆风险。     

土石坝地震变形和滑坡及液化非线性分析

本文提出了土石坝地震响应新算法和地震破坏新指数，它能直接计算地震永久变形，并采用有效应力强度指标和地震永久变形估计地震滑坡．最后计算了土层和土石坝的地震响应和地震破坏．     

坝基缓倾角软弱层带的土工试验研究

本文系统地阐述了用土工试验方法研究软弱层带的工程性质。包括:软弱泥化带的特征,泥化带的形成,物理状态,在常规与非常规条件下的抗剪强度,应力应变特性。软弱层带是一种介于岩石与土层间的介质,有明显的分带性,曾受过先期剪切。在常规条件下,各带的剪切特性不同;经多次重复剪切后,出现剪切“固化”;地震作用下的强度高于静力作用强度。某些泥化带的残余强度与应力水平有关。室内试验成果与现场大型试验成果接近,因而可用室内中小型试件的试验成果,部分代替现场试验成果。     

芦苞水闸地基液化可能性判别

本文在分析芦苞水闸地基工程地质条件的基础上,参考国家地震局工程力学研究所科研计划处的“芦苞水闸地基液化可能性研究”(以下简称《研究》)成果,采用综合指标、标准贯入击数、抗液化剪切强度与地震剪应力比较等方法综合判别在7度地震时闸基下卧砂层液化问题。本文将给出ALQ_4~1含砾中砂层液化范围及地震时易产生较大变形的淤泥质软弱粘性土层在闸基下分布范围,为闸基抗液化沉陷基础处理提供依据。     

远场长周期地震作用下桩-土-层间隔震结构体系的响应特征与失效控制

国内外建筑抗震规范对处于深厚软弱地基上的结构采用层间隔震技术的相关规定和设计方法 尚未涉及;深厚软弱土层放大远场地震动的长周期成分后,产生类似谐波振动的多个循环长周期脉冲, 可能引起周期较长的层间隔震结构严重破坏。为此,研究远场长周期地震下桩-土-层间隔震结构体系的 动力耦合作用机理、响应特征、结构损伤评价及失效控制,是进行其抗失效设计的关键问题。考虑土与 桩、土与桩承台动态接触与分离现象,建立桩-土-层间隔震体系动力相互作用的三维分析模型;揭示软弱 土层条件下桩-土-层间隔震体系的振动特征及相互作用机理;建立能够考虑桩-土-结构动力相互作用效 应的桩-土-层间隔震体系的整体简化分析模型。以此为基础,探究远场长周期地震下桩-土-层间隔震体 系的灾变机理与失效模式,研究隔震层软限位与层间组合隔震的结构失效控制策略,并对上述结果进行 振动台试验验证。以上研究为层间隔震结构在深厚软弱地基上的应用提供充分的理论依据。     

饱和砂土地基液化离心机振动台模型试验研究

通过开展饱和砂土地基水平振动的离心机振动台试验,研究了振动液化过程中砂土地基的动力响应沿深度的变化规律,发现在液化过程中,由于剪切模量的变化,液化土层与下部未液化土层之间将形成反射界面,后续传来地震波所携带的能量将通过该界面反射至下部土层,导致其动力响应显著变大;同时发现土层在经历液化过程后,其抗液化能力会显著提高,但再次地震时,发生过液化的土层的动力响应也将明显增大。研究结果能够加深对于饱和砂土地基中地震动传播规律的认识,同时也可为验证和改进现有评估砂土液化影响的计算方法提供试验数据。     

渡槽抗震分析中土层影响问题的讨论

为了研究土-结构相互作用对东深工程中三种不同类型渡槽结构地震响应的影响,针对工程场址土层的特点,文中对采用有限单元法进行土层动力分析时选取土层有限范围的问题进行了讨论.     

陕北黄土高原极端降水对温度变化的响应研究

随着全球变暖,极端降水事件频发,容易造成滑坡和洪水等自然灾害。研究极端降水与露点和地表温度变化的响应关系,可以为未来极端降水趋势的预测及其灾害风险研究提供可靠依据。以陕北黄土高原为研究区域,基于1970—2017年6个气象站的资料,选取6个极端降水指数,采用线性趋势法、滑动平均法和空间插值法等分析其极端降水指数的时空演变规律以及极端降水对露点和地表温度变化的响应特征,并评估其稳健性。结果表明：1970—2017年陕北黄土高原露点和地表温度呈波动上升趋势,极端降水指数中除持续湿润指数略呈下降趋势外,年总降水量、日降水强度、强降水量、强降水天数和5 d最大降水量均呈上升趋势,且呈现“南高北低”特征。日极端降水与露点温度的响应关系呈单调递增趋势,其响应强度均呈C-C标度,而日极端降水与地表温度的响应关系呈Hook结构,其在吴旗和横山站响应强度呈超C-C标度,在其余4个站均呈C-C标度,且日极端降水与露点温度的响应强度小于地表温度的。相比地表温度,极端降水与露点温度的响应关系更为稳健。     

液化场地堤坝地震响应动态土工离心试验及模拟

基于动态土工离心机试验和多重剪切机构模型的有效应力分析方法,研究了不同地震强度下,液化场地堤坝的地震响应和大变形特征。动态土工离心机试验的液化场地模型,由相对密度为30%的饱和砂土构成,输入正弦波峰值分别为0.8056、1.7903和3.133m/s2。并采用有效应力分析有限元程序对堤坝的动点响应进行数值模拟,计算结果与模型试验结果相吻合。在此基础上研究了堤坝的加速度、变形以及下卧液化场地中的超孔隙水压力分布规律,分析了液化场地不同位置土层中的有效应力路径变化规律。研究得出,液化场地堤坝顶和坝趾在地震作用下会发生较大的沉降和侧向扩展,且随地震强度加大而增大。堤坝下卧浅层液化土的超孔隙应力比相对较小但其体积变形较大,坝顶的残余沉降可达1.4m,地震中堤坝底部土体同自由场地土体的有效应力路径和应力-应变特征不同。土工离心机试验结果同数值解析结果基本吻合。     

用无穷元研究土层特性对场地地震反应的影响

本文根据文献中提出的求解一维波动问题的有限元与无穷无耦合模型,导出了一种从无穷元与有限元交界面上进行地震波输入的方法。这一方法可以方便地求解均匀或成层地基在地震时的场地反应。文中首先通过数值实例验证了这一模型的精确性,进而利用这一模型求解了均匀土层场地的地震反应问题。计算结果表明:(1)土层的场地地震反应与土层特性及输入地震波的特性均有密切关系。当土层的自振周期与从基岩输入的地震波的周期一致时,土层的场地地震反应明显放大,是属于最不利的情况。(2)土中的粘性阻尼对降低地表加速度反应最大值有着明显的作用。(3)土层与基岩交界面上的反应与输入波有明显差异,表明土层与基岩具有—定的相互作用影响。     

近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度分布系数

我国西部地区有很多已建、在建及拟建的高土石坝工程,坝高已达200 m以上,这些高坝有的位于地震断裂带附近。规范中关于地震加速度动态分布系数的规定仅适用于高度70 m(8、9度烈度)和150 m(7度烈度)以下的大坝,且没有考虑近断层地震动的特点。本文分别对高度为40、70、150和200 m面板坝进行动力反应分析,将规范谱人工波与近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度反应进行对比。结果表明,近断层地震动作用下的大坝最大加速度明显大于规范谱人工波。通过总结近断层区域大坝的加速度分布规律,建议了适用于近断层区域面板堆石坝的加速度分布系数,可为大坝的抗震设计提供参考。     

近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应

越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。     

含地下水的回填砂土重力式岸墙地震残余角位移的拟静力计算

引用液化度指标考虑含地下水的回填砂土地震过程中的超静孔隙水压力对墙体运动的影响,基于Mononobe_Okabe拟静力法修正考虑液化度的动主动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力。同时考虑了水平与竖向地震载荷,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙主动旋转运动下的地震残余角位移。选用一理想的地震运动特征,应用该简单预测位移的方法对一算例进行了推算;并对回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、水平与竖向地震加速度系数、回填土地下水位、墙前自由水位和码头墙宽高比多种参数下     

基于ETM的水电站厂房抗震分析

耐震时程法是一种动力弹塑性抗震分析方法,该方法的关键在于耐震加速度时程曲线的合成。基于我国水工抗震设计规范的标准设计反应谱人工合成4条耐震加速度时程曲线,并以某实际工程的水电站厂房为例,分别对其进行7条天然地震动下的增量动力分析和4条耐震时程曲线输入下的非线性分析,对比研究了水电站厂房在不同地震强度下的最大层间位移角、上下游墙顶点最大相对位移,并对水电站厂房在设计地震作用下的典型节点的相对地面峰值位移与峰值加速度进行了对比。结果表明:耐震时程方法可有效地预测水电站厂房在不同等级地震作用下的地震响应,其结果处于增量动力分析结果的包络值之内,且在设计地震作用下,耐震时程方法在一定的容许范围之内可有效地对厂房结构作出地震响应评价,较增量动力分析,耐震时程方法避免了多次的调幅计算,大大提高了计算效率。     

含地下水的回填砂土中重力式岸墙地震残余角位移的拟静力计算

地震残余角位移的预测是重力式岸墙地震工程设计中的关键问题。引用液化度指标考虑含地下水的回填砂土地震过程中的超静孔隙水压力对墙体运动的影响，基于Mononobe-Okabe拟静力法修正考虑液化度的动主动土压力，基于静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力。同时考虑了水平与竖向地震载荷，根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数，采用旋转块体方法初步推导出岸墙主动旋转运动下的地震残余角位移的简单计算法。选用一理想的地震运动特征，应用该简单预测位移的方法对一算例进行了推算；并对回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、水平与竖向地震加速度系数、回填土地下水位、墙前自由水位和码头墙宽高比多种参数下对旋转角位移的影响作了详细的定性分析。     

地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。     

垃圾填埋场封盖土坡系统的地震稳定性

采用极限平衡法推导了垃圾填埋场封盖土坡系统在渗流作用、地震作用下的安全系数计算公式,同时给出了屈服加速度的计算方法。不同参数下的封盖土坡系统的地震稳定性分析表明:浸润面高度显著影响封盖土坡系统的稳定性和屈服加速度。认为在填埋场设计中,必须高度重视渗流影响,以保证封盖土坡系统长期有效的设计排水能力。     

Reservoir water effects on earthquake performance evaluation of Torul Concrete-Faced Rockfill Dam

This study presents earthquake performance analysis of the Torul Concrete-Faced Rockfill (CFR) Dam with two-dimensional dam-soil and dam-soil-reservoir finite element models. The Lagrangian approach was used with fluid elements to model impounded water. The interface elements were used to simulate the slippage between the concrete face slab and the rockfill. The horizontal component of the 1992 Erzincan earthquake, with a peak ground acceleration of 0.515g, was considered in time-history analysis. The Drucker-Prager model was preferred in nonlinear analysis of the concrete slab, rockfill and foundation soil. The maximum principal stresses and the maximum displacements in two opposite directions were compared by the height of the concrete slab according to linear time-history analysis to reveal the effect of reservoir water. The changes of critical displacements and principal stresses with time are also shown in this paper. According to linear and nonlinear time-history analysis, the effect of the reservoir water on the earthquake performance of the Torul CFR Dam was investigated and the possible damage situation was examined. The results show that the hydrodynamic pressure of reservoir water leads to an increase in the maximum displacements and principal stresses of the dam and reduces the earthquake performance of the dam. Although the linear time-history analysis demonstrates that the earthquake causes a momentous damage to the concrete slab of the Torul CFR Dam, the nonlinear time-history analysis shows that no evident damage occurs in either reservoir case.     

基于规范反应谱的码头岸坡地震永久变形计算

由于岸坡地震永久变形是造成码头结构破坏的重要原因之一,因而验算码头岸坡永久变形是码头抗震设计的重要内容。Newmark刚性滑块位移法由于其便捷性在永久变形计算中得到广泛应用,目前已提出的基于天然强震记录的Newmark滑块位移经验计算式,不针对具体场地,主要用于区域性地震滑坡危险性分析。以《水运工程抗震设计规范》中的设计反应谱作为目标谱,生成了不同峰值加速度、适合于不同类型场地的人工加速度地震波;采用Newmark滑块位移分析方法,通过对加速度时程中超过屈服加速度的部分进行二次积分,得到了不同类型场地、不同峰值地震加速度下对应于不同屈服加速度时的滑块位移,对位移计算结果进行回归得到码头岸坡永久变形的简化计算式。另外,通过参考国外的相关规范和标准,提出了设防烈度下码头岸坡变形的限值建议值,为我国的码头抗震设计提供参考。     

基于调频率的时-频非平稳地震动生成

动力时程分析是研究地震作用下结构响应的有效途径,而输入的地震动时程对计算结果有重要影响。实际地震动是时-频非平稳的随机过程,而目前用于结构动力时程分析的人工波多为时域非平稳频域平稳的时间时程。本文采用增加频率调制过程的方法对生成人工波的传统三角级数模型进行了改进,可使生成的地震动时程不仅是强度非平稳的,而且频率成分也是随时间变化的。改进方法生成的时-频非平稳地震动时程更接近于真实的地震动记录,且能很好地拟合目标反应谱,对工程实践具有重要意义。