可液化土阻尼系数对地铁结构地震响应的影响

针对Rayleigh阻尼系数的影响因素,分析了目标阻尼比和敏感频率范围选择对地下结构地震下的孔隙水压力、上浮量和结构内力的影响。结果表明,目标阻尼比影响地铁车站的变形形态,且其值越大,土体的超孔隙水压力发展越慢,地铁结构的上浮量和内力增量越小;上限敏感频率的影响存在着阈值,超过阈值,超孔隙水压力、地铁结构上浮量和内力增量的变化基本不受影响。综合分析表明,可液化土中地铁结构动力分析应结合场地和输入震动的特性,充分考虑Rayleigh阻尼的影响因素,合理地引入粘性阻尼。     

液化场地堤坝地震响应的自适应步长法数值模拟

土体在地震液化过程中表现为较强的材料非线性,此时动力数值分析中时间步长过大必然导致较大的误差。本文在水土耦合弹塑性有限元法和Newmark时域离散法的显式动力液化数值分析平台上,引入时域离散后验误差评估方法,并基于误差评估结果进行了时间步长的自适应调整,建立了基于自适应时间步长的液化动力数值分析方法,并将此方法应用于液化场地堤坝的地震响应数值模拟。通过分析堤坝算例,对比了自适应时间步长法和固定时间步长法计算的堤坝变形、超孔隙水压力比和平均相对误差等的变化规律。结果表明自适应时间步长法在土体动力液化显式数值分析中可以获得较高的计算精度,同时也可以提高计算效率、节省计算时间。     

多层框架结构考虑土—结构相互作用的地震反应分析

本文提出了一个剪切振动连续体模型,将地基土、基础、上部结构视为一种性质分段均匀仅考虑剪切振动的连续体,将地基土的动力特性、阻抗直接引入动力方程中,利用质量、刚度、及阻尼对振型函数的正交性对动力方程解藕,以简化计算。算例结果显示此模型适用于以切振动为主的多层框架结构考虑土－结构相互作用的地震反应分析。     

不排水条件下非饱和土水力–力学耦合特性数值模拟

非饱和土即便在不排水、不排气条件下也将发生体变,这为预测非饱和土不排水、不排气力学特性带来了困难。基于三相孔隙介质理论,结合非饱和土的弹塑性本构模型推导了不排水、不排气条件下非饱和土三轴剪切三相耦合控制方程,对非饱和土的不排水、不排气三轴剪切特性进行预测。数值模拟结果表明,此方法能够描述非饱和土在不排水、不排气条件下的水力–力学特性,如体缩特性、孔隙水压力和孔隙气压力增长以及饱和度增大等特性。数值计算结果与室内试验结果一致,证实了所提数值分析方法的合理性。     

ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。     

砂土地震液化分析中Newmark时域离散的误差评估

显式有限元存在计算精度低,对计算时间步长较敏感等缺点。基于后验误差评估的方法,给出了显式算法下Newmark时域离散误差的来源和评估方法。通过饱和砂土地震液化响应的数值算例评估了时间步长对计算结果的影响。数值分析结果表明:时间步长不同,结点位移和单元孔压的时程曲线明显不同,同时计算耗时也呈双曲线关系;相对误差主要分布在变形较大的区域,全域平均相对误差在动力响应剧烈的时间段内较大。通过对计算时间步长和离散误差的评估,可有效恰当的对计算时间步长进行取值,也为自动步长调整提供了依据。     

不同形式生物液加固砂土试验及机理分析

为研究用新鲜培养基重悬巴氏球菌菌体(RF)对砂土加固效果是否有促进作用及其作用机理,通过一系列溶液及砂柱试验对比分析4种不同形式生物液的尿素水解、诱导生成碳酸钙(MICP)及砂土加固能力.结果表明:培养完成后未经任何处理的原菌液(US)的尿素水解及MICP能力主要来源于菌体内脲酶,另一部分源于菌体裂解释放的游离脲酶;高菌液浓度时,用新鲜培养基重悬菌体可一定程度促进菌液中菌体的MICP能力,但由于RF制备时移除上清液(SS),造成脲酶损失,导致RF的总体MICP能力与原菌液基本相同;经原菌液加固的砂柱具有更高的抗剪强度及碳酸钙产量, 且原菌液中上清液和菌体的共存使砂颗粒间产生的胶结接触更有效.相比RF,原菌液兼顾简便、经济及高效性,因此,在MICP处理需快速加固的地基问题时原菌液应被优先选用.     

基于两种回归场的SPR误差评估在地震液化数值分析中的比较与应用

在采用有限元方法数值模拟饱和砂土场地地震液化及流动的过程中,由于可液化砂土本构关系的非线性及土与结构接触的复杂性,在动力荷载增量很大时,网格易发生剧烈变形,导致计算结果缺乏需要的精度甚至中止计算。因此,需在计算中进行误差评估,获悉计算精度,为改善网格、优化最终计算结果提供依据。基于详细的SPR误差评估方法的原理和操作流程,比较了两种回归场在典型的液化流动数值案例中的结果和误差分布;结合液化程度、位移矢量分布等讨论了造成误差值大小差异的具体原因,既为数值分析提供可供参考的计算精度,也为进一步优化有限元计算提供合理依据。     

ABAQUS在深基坑设计及施工中的应用

以大连地铁某车站基坑开挖为研究背景,综合考虑深基坑降水、开挖、内支撑架设及预加轴力等施工过程,以大型有限元软件ABAQUS为平台,采用相应的数值模拟技术对支护桩系统简化,对施工过程进行合理模拟,建立能够反应实际开挖施工的有限元模型,对各个施工过程进行计算;将有限元计算值与实际开挖过程中的监测值比较分析,验证模拟方法的正确性,得到支护系统的变形及内力随开挖过程变化的规律:支护桩最大水平位移随开挖深度的加深向下移动呈凸形,内支撑轴力在架设后一层时发挥作用最大。研究得到了基坑的数值计算方法的建模思路,可为类似基坑工程提供参考。     

地震液化灾害自适应步长计算方法及控制参数研究

饱和砂土液化是岩土地震工程和土动力学研究领域的重要课题。在动力液化数值计算中,计算精度和计算效率一直是衡量数值方法的重要指标。在水土二相耦合弹塑性计算的数值平台上开发了自适应步长方法,通过位移误差、孔压误差和混合误差的评估体系建立了时间步长自动调整的策略及相关控制参数。通过控制参数的影响性分析,确定了主要控制参数为误差允许值和孔压误差比例系数,辅助控制参数为初始时间步长、步长调整的下限和上限。对处于液化场地的地铁车站模型进行了动力自适应步长数值计算,获得了上浮位移和超孔压比的发展过程,预测出液化上浮的灾害。同时也对比了固定步长法和自适应步长法的精度和效率,发现采用自适应步长法可极大的节约计算成本并不失计算精度。