土工离心试验应力相似差异特征与设计准则

土工离心试验优越性的基础在于建立模型与原型相同的应力条件与分布,认识模型与原型之间应力相似差异与表征参数对控制系统误差和优化设计参数具有重要指导价值。引入总体分布应力、附加侧向应力和耦合动应力3个新概念与定义,对模型与原型之间应力差异特征、表征参数和设计准则等进行了深入研究。总体分布应力采用应力误差描述,表征参数为模型高度H和最大半径maxR;当maxH/R≤0.3和0.15,可控制模型极限应力误差≤10%和5%。附加侧向应力由模型中心剖面向两侧宽度增大分布,由模型宽度b、有效半径efR和有效离心加速度efa决定大小;以100 kPa为标准,给出了不同离心加速度下有效半径与允许模型设计宽度关系。耦合动应力影响采用目标与额外应力比进行评价,以efR和角速度?为表征参数,给出了应力比以10%和20%为标准的efa-efR的临界关系曲线;当efa≥10g、efR≥4 m时,耦合动应力的影响可以忽略。研究提出的新概念、表征参数和设计准则,为改进设备、模型参数设计和推动量化研究提供研究基础与参考依据。     

全局等效线性化土层地震反应分析方法

强非线性下土层地震反应数值模拟方法是国际难题,等效线性化是该类问题最佳求解方式之一。提出了全局等效剪应变的概念和算法,编制了新的等效线性化土层地震反应计算程序。研究表明,以0.65倍最大剪应变为等效剪应变的传统方法不适于土层强非线性应变模拟,采用全局优化,以可参与性和完整性为原则构建全局等效剪应变。可参与性由有效剪应变门槛值确定,以峰值超过门槛值的所有剪应变波共同参与计算来实现剪应变信息的完整性,并采用零交法保证等效剪应变与剪应变时程之间有唯一对应关系。以KiK-net井下台阵46个场地、地表PGA为0.04g~1.21g的1963组实测记录为样本,对该方法和现有其它方法进行了对比检验,结果表明所提出的概念和公式正确合理,可很好地解决模拟强非线性下场地地震放大作用的问题。     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

基于强震记录的长周期位移反应谱特征分析

高层建筑、大跨结构和大型储液罐等结构在长周期成分丰富的地震动作用下会产生大变形甚至破坏.基于位移的抗震设计相较于基于力的抗震设计更能反映结构和构件的性态,但其亟需可靠的长周期位移设计谱.为此,选取近年来国内外23次地震的数字强震记录1 787条,分析了不同震级和断层距下长周期位移反应谱(简称位移谱)特性,研究了场地条件对于位移谱的影响,最后对现有位移谱模型的适用性和可靠性进行评价.主要结论包括:震级和断层距主要影响位移谱的幅值;位移谱的形态与震级和断层距基本无关,表现为随着周期的增大位移谱先快速增长,随后缓慢增长,之后趋于稳定或稍微下降至地表峰值位移(PGD).采用PGD归一化的位移谱形态可由3个拐点周期划分为4个阶段,即快速上升段、缓慢上升段、下降段和稳定段.震级对以PGD归一化的位移谱的影响明显,随着震级的增大,归一化位移谱幅值增加,卓越周期变长;小震级(矩震级Mw≤6.5)时,卓越周期为1～2s;大震级(矩震级Mw＞6.5)时,卓越周期为6～10s,甚至更大.场地条件对位移谱的影响与断层距有关,近断层时,场地越硬位移谱幅值在中长周期段(如周期T＞5.0s)越低,但断层距大于100 km时,位移谱与场地条件基本无关;场地条件对归一化位移谱的影响基本可忽略.现有归一化位移谱模型尚存在一定局限:曹加良模型未考虑震级对位移谱模式的影响,且模型不能模拟位移谱在长周期段下降并至PGD的过程;Faccioli模型对于矩震级Mw≥6.5时位移谱特征认识不够,10s周期时位移谱并未达到峰值.     

区域土特征函数:概念与原理

作为区域土特征理论研究的起点,以土力学和土动力学经典理论和实际资料为基础,提出了相应的概念、原理、准则和实证。从土的经典本构模型出发,提出了双控制参数的概念,以此作为区域土特征理论的基础。提出了区域土特征函数的概念,阐明了其定义、内涵和外延,提出了包括控制性、普适性、完备性、原位性、一致性、可操作性和存在性等属性要求在内的区域土特征函数构建准则。针对常见的砂土和黏土,提出了采用N-v_s特征函数表征其区域土力学和工程特性的思想,给出了构建方法,阐明了其原理,通过17个国家77个地区实际N-v_s函数关系的分布特征,论证了砂土和黏土N-v_s特征函数的存在性。     

基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法EI北大核心CSCD

随着5G时代的到来,地震过程能通过密集分布的摄像头实时记录并快速传输处理,以动态图像的形式更直观地呈现出来。如能从中快速准确的提取地震动参数等数据,将会是地震资料的宝库,弥补地震台站布置密度的不足。通过振动台模拟地震过程,结合图像识别和结构动力学分析方法,提出一种基于图像动态识别技术的地震动参数快速判别方法。通过不同摄像头高度、波形和振动频率下的计算和实测加速度曲线对比分析,多数加速度峰值误差在40%以内,证明该方法具有应用推广价值,能为将来地震动分析工作提供另一层面的解决途径。     

建筑物不均匀震陷机理的振动台实验研究

设计实现了结构-地基相互作用的振动台实验,研究了不均匀震陷机理。实验中结构和地基土均匀分布,输入单方向水平加速度时程,得到了结构和土体中加速度、动应力和不均匀震陷的分布并总结了其规律。实验表明:(1)结构基底地震动与自由场相比相差很大,对称位置的竖向加速度和动应力呈反对称分布;(2)反对称的竖向动应力使建筑物产生不均匀震陷。因此,地震波的不规则性对不均匀震陷所起的作用是重要的和不容忽视的。     

多功能共振柱刚性试件试验的可靠性分析

对我国自行研制的多功能共振柱试验机测试刚性试件动剪切模量的可靠性进行研究,提出了一种修正系数方法,给出了测试刚性试件时的自振和共振修正曲线。试验中,6个不同刚度试件10次自振试验和10次共振试验的频率误差最大均不超过4%,10次自振试验曲线之间的相关性也很好。比较了3种修正系数拟合模型,给出了修正曲线最佳拟合方式。对3种已知模量的刚性试件进行了自振和共振试验,采用修正曲线得到的结果与已知值的最大误差不超过10%。表明提出的修正系数方法和修正曲线可靠,新设备测试精度和稳定性良好,可用于小应变范围内硬质材料动剪切模量的实际测试。     

地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理

通过非液化和液化土层中桩基础宏观震害现象以及等幅波与真实地震波振动台模型实验中桩和土层的加速度、位移、桩土相互作用力、桩动力p-y曲线、桩身弯矩与孔压发展过程对比,研究地震引起的地面横向往返运动下可液化土层中桩基响应机理.结果表明:非液化土层中上部结构惯性力控制着桩的反应性态,桩头加速度和桩身弯矩与土层加速度时程基本保持一致;液化过程中桩土相互作用力呈现明显增大现象,土体侧向刚度虽然衰减,但同时土层相对位移和桩土相对位移增大的影响更为强烈,即土层和桩土相对位移对桩土相互作用力增大的作用明显大于土体刚度衰减引起桩土相互作用力减小的作用;液化土层中桩土相互作用最大反应不是在土层加速度峰值时刻,而是土体相对位移达到最大时响应最大,此时土层孔压比为0.8左右;非液化土层中桩土相互关系为桩推土,惯性力是控制因素,液化土层中则为土推桩,土体位移起主要作用,而液化发展是这一转变决定性因素;常规仅考虑土体刚度衰减的拟静力方法不适合液化土层中桩基础地震响应计算分析.     

区域土特征函数：收敛性

无论从一个地区内建立N-v_s关系曲线的工程应用角度还是作为区域土特征理论的必要组成部分,构建科学的N-v_s函数所需的数组量都是重要问题,但以往研究为空白。采用实测数据的随机分析,研究不同样本数量下N-v_s特征函数的稳定性和收敛性,并提出构建不同精度N-v_s特征函数的数组阈值。实测数据来源于4个国家9个地区,共11个工况,对此分别进行随机分析的结果表明,随样本数量增加,N-v_s特征函数具有稳定性与收敛性。研究表明,一个地区内取N-v_s数组超过50,100,200和800,则可分别得到变异系数小于0.2,0.15,0.10和0.05的N-v_s特征函数。