液化土层地震动特征分析

采用理论计算和实际地震记录分析 ,研究液化土层上的地表地震动特征 ,讨论液化对地震波波型、加速度反应谱和反应谱特征周期的影响。研究表明 ,理论计算与实际记录的分析结果定性上十分相符 ,一些重要的定量指标一致。两者的结果都说明 :液化使地表水平地震动的频率成分明显下降 ;地表水平加速度反应谱中 ,液化使特征周期至少延长 0 .1s以上 ,平均延长 0 .3s ;地表水平加速度反应谱周期 0 .8s左右是液化减震加震的分界线 ,小于此值有一定程度减震 ,大于此值则有明显加震 ,出现反应显著放大的频段为 1～ 3s。     

基于汶川地震记录及遗传算法的加速度设计反应谱

现行加速度反应谱的长周期段太短且其取值出现需要抬高和降低两种大相径庭的研究结论;反应谱的特征周期(T_g)与动力放大系数(b)取值也存在争议。该文从中国国家强震动台网中心（CSMNC）数据库中筛选汶川地震主震记录421条,根据地面运动峰值加速度、场地和地震分组对地震记录进行分类,计算常规地震记录与长周期地震动记录的反应谱,与规范反应谱对比。同时,基于遗传算法和a_max-T_g四阶段拟合模型,利用得到的地震记录进行设计反应谱拟合,并对设计反应谱拟合模型的各种参数进行标定和校验,对规范设计谱的主要特征参数给出修正建议。研究结果表明：常规地震动计算得到的反应谱长周期段的值比规范设计反应谱要低,而长周期地震动反应谱的长周期段的值比规范设计谱要高,揭示了两种不同研究结论的根源;拟合得到的加速度设计谱与实际反应谱吻合程度要好于规范设计谱;说明了补充长周期地震动设计反应谱的必要性,为规范设计反应谱的修订提供参考。      

基于NGA模型的汶川地震区地震动衰减关系

基于汶川地震 64 个余震强震动记录数据,结合 NGA 衰减关系模型以及一维场地非线性反应模型,应用基于最大可能性估计的统计算法,对峰值加速度、峰值速度、峰值位移以及不同周期的加速度反应谱进行了衰减关系研究。得到了汶川地震区基岩场地以及各类土层场地的地震动衰减关系。与其他人的研究成果对比,表明 NGA 模型衰减关系估计的基岩场地地震动相对较低,而估计的土层场地地震动相对较高。     

主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构损伤分析

一次强震过后通常伴有多次余震发生。由于主震和其后续余震之间的间隔时间较短,使得主震损伤结构未能得到及时修复而进一步遭受余震作用,产生“二次损伤”。为此,以一栋5层按我国相关设计规范设计的钢筋混凝土框架结构为研究对象,对主余震序列对结构造成累积损伤及余震对结构造成的增量损伤进行了研究。选取75条真实主震及其余震记录构成序列型地震动输入。同时,采用真实主余震序列中的主震记录,分别采用重复法和随机法两种人工余震构造方法,构造两组人工主余震序列作为地震输入。采用改进的Park-Ang损伤指数作为结构损伤指标,对结构在主震及其在真实和人工主余震序列作用的损伤进行计算,并对余震产生的结构增量损伤进行评估。进一步以峰值加速度、谱加速度、Arias强度作为主震和余震强度参数,研究了余震与主震强度比与余震增量损伤之间的相互关系。分析结果表明：基于随机法的人工主余震序列会对结构造成最显著的增量损伤;采用余震和主震强度比可以较好地预测余震增量损伤的显著性。     

地震动有效峰值加速度的统计分析

动力时程分析被广泛应用于结构设计,而确定地震动有效峰值加速度EPA是选择动力时程分析地震动加速度记录的基础。讨论了中国和美国相关规范的EPA定义及参数取值的差异。由于EPA定义与地震动的加速度反应谱相关,给出了222组实际地震的加速度记录的反应谱,并对相关结果进行了统计分析。根据不同的EPA定义,计算了各组地震动水平分量和竖向分量的EPA,分析了结果的差异及离散性。     

青藏铁路沿线冻土场地地震动特征研究

基于对青藏铁路沿线多年冻土区的现场地质考察、14个典型钻孔的地质编录以及现场测试,获取了青藏铁路沿线多年冻土区土层波速的基本特征。而后结合室内动三轴有关冻土动强度的试验结果,使用该地区50a超越概率为62.5%,10.0%和2.0%的人造基岩地震波输入,通过土层地震反应计算,分析研究青藏铁路沿线冻土区10个冻土场地的地震动加速度时程与加速度反应谱的基本特征及其影响因素,同时,统计研究地温对场地的地震动加速度反应谱的影响。结果表明,青藏铁路沿线多年冻土区土层波速及横波与纵波之波速比值较非冻土区大,地震强度对冻土区场地的地震动加速度幅值具有决定性影响,冻土区典型地震动加速度反应谱的中、短周期成分所占比例较大,冻土场地的地震动加速度反应谱的幅值随地温的降低而普遍减小。     

深覆盖软土场地弹塑性反应谱分析

基于汶川地震中不同震中距处获得的实测基岩地震动,以不同震中距来考虑不同的设计地震分组,通过典型深覆盖软土场地地震反应分析得到地表加速度响应,以弥补目前深覆盖软土场地实测地震动记录的不足。对得到的地表加速度响应的弹塑性反应谱进行了分析和拟合。分析表明,在等位移准则或等延性系数下,设计地震分组对深覆盖软土场地弹塑性反应谱的折减系数和衰减规律影响显著,完善了目前弹塑性反应谱研究时未考虑设计地震分组的不足。同时,通过相应的物理边界条件和数学条件,提出基于设计地震分组的深覆盖软土场地弹塑性反应谱拟合函数,得到了可供工程应用的弹塑性设计反应谱。     

汶川余震加速度记录的反应谱特征研究

利用584组汶川余震Ⅱ类场地加速度记录,研究震级、震中距对水平向反应谱形状的影响以及竖向反应谱与水平向反应谱的差异。研究表明:①震中距较大时,幅值相同的水平地震动反应谱形状受震级影响较大,震级越大,反应谱峰值越小,峰值周期越大;②竖向与水平向反应谱平均比值V/H与震级相关,V/H值随震级增大有增大趋势,规范中V/H取值应考虑震级影响;③震级较大且距震中较远时,竖向与水平向反应谱平均比值V/H在长周期段大于规范规定值2/3,离震中越远,V/H值越大。     

钢筋砼结构在主余震作用下的反应与损伤分析

本文在主震震级与余震震级的定量关系及主余震随机地震动摸型的基础上,利用人造地震波作为输入地震动,通过弹塑性地震反应时程分析,提出了钢筋砼框架结构在主余震作用下的反应和损伤分析方法,并对一座二层和一座八层的钢筋砼结构进行了具体的分析和计算,初步定量地揭示了余震作用对结构反应与损伤的影响。     

实际地震下核电站场地地震反应非线性研究

基于已公布的日本2007年新潟县中越近海地震期间柏崎-刈羽核电站布设的强震动观测台阵获得的加速度记录,对实际地震中观测到的场地不同深度的地震动记录生成阻尼比为5%的加速度反应谱,通过对不同土层地震加速度反应谱和单位谱比的比较和分析,研究地震作用下土层场地的非线性反应程度,并摸索土层场地对地震动传播的影响规律。     

汶川大地震紫坪铺混凝土面板堆石坝震害现象与变形监测分析

 2008年5月12日四川汶川发生8.0级大地震,震中烈度XI度,造成地面建筑物严重破坏。紫坪铺面板堆石坝坝高156 m,距汶川地震震中17 km,是地震灾区距地震震中最近、工程规模最大的一个高坝水库工程。紫坪铺大坝受地震影响,产生了一定的变形破坏,引起学术界和工程界广泛关注。依据大坝地震后宏观变形现象和变形监测资料,对大坝堆筑体和混凝土面板的变形破坏现象进行详尽的描述和分析;在此基础上综合分析认为,大坝变形特征以沉降为主,水平位移相对较小,大坝整体处于收缩压密状态,最大沉降发生在大坝顶部,量值为900～1 000 mm,沉降与坝高之比约为0.6%,大坝坝体和下游坝坡没有产生显著破坏,大坝结构功能受地震影响较小。     

基于汶川地震震害经验的土石坝抗震设计规范修编

基于汶川等地震震害、地震响应、震害机理、安全评价等方面的研究成果,主要从4个方面论述了《水工建筑物抗震设计规范》修编中有关地基和土石坝抗震设计的进展。1抗震设防标准及基本原则:调整了抗震设计标准和设计地震的确定方法;对特别重要工程按最大可信地震校核不发生库水失控下泄灾变安全裕度;一定情况下设计地震反应谱的确定需要考虑地震近场效应、上盘效应及频谱不平稳性等;对抗震甲类工程抗震设计需制定防震减灾应急预案;规定了土石坝地震反应谱,取加速度最大反应谱值max?=1.60,对应的阻尼比为20%。2场地与地基:调整了工程建设场地分类方法,场地土类型由4类调整为5类,场地类别划分更为详细;对标贯击数判别液化方法中的液化临界标贯击数计算公式进行了调整,并修订了考虑上覆有效应力影响的标贯击数校正公式。3土石坝抗震计算与安全评价:扩充了抗震计算的内容要求,规定抗震计算包括抗震稳定计算、永久变形计算、防渗体安全评价和液化可能性判别等内容;扩大了要求采用动力法进行地震作用效应分析和安全性评价的范围,规定对设计烈度Ⅶ度且坝高150 m以上,设计烈度Ⅷ、Ⅸ度且坝高70 m以上,地基中存在可液化土层等3种情况,应同时进行基于有限元法的动力分析,对覆盖层厚度超过40 m的土石坝宜进行动力分析;补充了对土石坝地震作用效应进行动力分析的原则要求,包括本构模型选取、计算参数确定、残余变形计算、稳定分析要求等;补充规定了根据动力法成果对土石坝的抗震安全性进行综合评价的原则要求。4面板堆石坝抗震工程措施:主要根据紫坪铺大坝设计、建设及震害经验,增加了针对面板堆石坝的抗震工程措施,包括坝体地震变形控制、坝顶及其附近坝坡防护、面板及垂直缝抗挤压、水平施工缝抗错台及接缝细部构造设计等。     

地震作用下面板堆石坝面板错台模型试验研究

采用弹性–重力相似关系设计了一组混凝土面板堆石坝（面板坝）振动台模型试验,研制开发了仿真面板材料,设计了一套图像采集、存储与分析系统。根据图像识别技术分析结果以及模型的数值计算分析结果,详细分析了面板坝面板错台机理,并与汶川地震中紫坪铺面板坝面板错台震害进行了对比分析。研究结果表明,地震造成的堆石体永久变形对面板产生的向下摩擦力和向外推力是造成面板错台的主要原因。模型 试验结果与数值计算结果和实际震害基本吻合 ,表明振动台模型试验可以再现原型的主要破坏特征。     

“5.12”汶川地震对紫坪铺混凝土面板坝的影响及原因分析

"5.12"汶川大地震导致紫坪铺混凝土面板堆石坝产生了最大为100 cm的沉降和60 cm的水平位移,如此大的地震永久变形,使得上游混凝土面板大面积脱空,库水位以上混凝土面板分期施工缝出现明显错台,面板垂直向接缝发生挤压破坏。在现场调查的基础上,对该坝地震损伤原因进行了分析,并对今后混凝土面板堆石坝的地震反应计算分析研究、抗震设计工作以及紫坪铺混凝土面板堆石坝震后修复原则提出了相应的建议。     

土石坝试验新技术研究与应用

研制的多功能静动力大型三轴试验系统是中国首台能够测量堆石料动态体变过程的大型三轴试验设备,构建了国内外70多座重要高土石坝筑坝堆石料静动力学性质试验数据库,揭示了静动荷载作用下堆石料的颗粒破碎规律及其影响因素、强度与剪胀(缩)非线性变化规律、地震残余变形发展规律、流变规律和饱和砂砾石料地震液化规律等。创建了高土石坝离心机振动台模型试验技术与试验结果分析方法,成功应用于高面板堆石坝与心墙堆石坝地震破坏机理和抗震加固方案有效性验证,得出的高土石坝地震加速度反应和地震残余变形定性与定量分布规律、高土石坝地震破坏机理结果得到了汶川地震后紫坪铺面板堆石坝和碧口心墙坝震害资料的证实。较好解决了目前高土石坝地面振动台模型试验与原型应力水平相差过大,常规离心机振动台模型试验因模型箱尺寸和振动台功率限制无法进行与原型应力水平一致的模型试验的难题。创建了土石坝溃坝离心模型试验技术与试验结果分析方法;研发了离心机大流量水流控制系统,实现了水流在地面普通重力场和超重力场之间的平稳过渡;研发了将模型布置和模型测量两部分有机融合为一体的专用溃坝模型箱,有效解决了管道流量计在坝体溃口流量变幅大和泥石流下无法正常工作的难题,实现了土石坝溃坝全过程溃口洪水流量的测量。上述研究成果为进一步提升高土石坝灾害预测与防控水平提供了重要技术支撑。     

高混凝土面板堆石坝设计理念探讨

在分析天生桥一级和阿瓜密尔帕两座200 m级高混凝土面板堆石坝出现工程问题的原因的基础上,指出目前坝体分区设计原则的不完全性,提出了面板堆石坝坝体分区设计新理念,即坝体分区设计除了遵循料源决定原则,水力过渡原则和开挖料利用原则以外,更要重视变形协调原则,提出了实现变形协调的4个途径,来确保高混凝土面板堆石坝的应力变形性状良好与大坝安全。     

面板堆石坝挤压式边墙的概化数值模型及应用

基于对挤压式边墙实际结构及工作性态分析,从合理性和简单性原则出发,建立了用于面板堆石坝应力位移有限元分析的挤压式边墙概化数值模型。该概化模型由等效板和等效接触面组成,分别采用了线弹性模型和清华接触面弹塑性损伤模型加以描述,其参数易于确定。采用该模型对某面板堆石坝应力变形进行了二三维有限元分析,并与原状模拟分析结果进行了对比。结果表明,概化数值模型能够合理地描述挤压式边墙的实际力学特性,且计算量较小,适用于面板堆石坝的应力变形有限元分析。     

砾石垫层-混凝土接触面力学特性单剪试验研究

混凝土面板坝的安全与面板的受力状态密切相关。混凝土面板与砾石垫层料的特性有较大差异,两者之间接触面的力学特性,对于面板的应力与变形具有重要影响。结合国内在建的水布垭高面板堆石坝的设计科研需要,研制了一大型叠环式单剪仪,对面板与砾石垫层间接触面的力学特性进行了试验研究。为了对接触面的不同处理方式的效果进行对比,为设计方案的选择提供依据,分别进行了混凝土面无保护、砂浆保护和乳化沥青保护三种接触面的剪切试验。     

强震区高混凝土面板堆石坝地震残余变形与动力稳定分析

采用三维非线性动力有限元分析方法,针对西部强震区的积石峡水电站工程的高混凝土面板堆石坝,在地震反应分析基础上,应用所建立的分析方法,重点研究了该坝的地震残余变形、坝体单元抗震安全性、面板及坝坡的抗震稳定性,得出了大坝地震残余变形和动力稳定的有关规律和结论,可供工程建设参考。     

河谷形状对深覆盖层上面板堆石坝变形的影响

采用非线性有限元分析方法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型,通过改变岸坡坡度,对深厚覆盖层上面板堆石坝的坝体及面板变形的变化规律进行计算分析。研究了河谷形状和深覆盖层对面板堆石坝的变形特性的影响。研究结果表明:建在深厚覆盖层上的面板堆石坝,坝基覆盖层对上部坝体的沉降变形有明显的影响,坝体和坝基的沉降数值随着岸坡坡度的逐渐变缓而增大;面板底部的最大挠度较建在基岩上的有所增大,而且随着岸坡坡度的变缓,也呈现出逐渐增大的趋势。