确定土层自由场地震动的二维简化模型

为了研究均匀土层自由场地震动的二维简化模型,首先利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程,采用分离变量法来求解该方程,根据土层上下界面的边界条件确定土层竖向振动的特征频率和振型;根据波沿水平方向向无穷远处传播的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到土层自由场自由振动的相对位移的解析解。然后,采用振型叠加法求解强迫振动情况下的波动方程,得出二维情况下均匀土层在地震作用下沿水平方向相对位移的解析解。通过上述计算,得到了土层自由场地震动的二维简化模型。通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行了比较。比较结果表明,地下土层水平维度对于均匀土层自由场地震动反应的影响很小。     

地下结构抗震设计方法整体强制反应位移法

基于地震作用下地下结构主要受周围土层变形控制这一基本思想,在地下结构抗震设计方法强制反应位移法的基础上,探讨了一种新的抗震设计方法——整体强制反应位移法.新方法将土层变形施加到计算模型的整个土层有限元上以模拟地震作用,避免了原方法所施加土层变形传递到远离模型边界位置会发生衰减的现象.结合上海市某地铁车站的计算实例,详细介绍了该方法的具体实施步骤、基本特点.同时以动力时程法为基准,分析了该方法在不同地震动强度下的计算效果.研究表明,整体强制反应位移法的计算结果与动力时程法符合较好,设计理念体现了地下结构的震害机制,是一种方便有效的抗震设计方法.     

地面地震动时程向地层深处反演研究

根据线性滞回阻尼理论和土层的频域本构关系,以Matlab为平台编制了计算机程序,对水平成层土的暂态地震响应进行了频域内的反演,从而利用土层特性和地面地震动时程得到了地层深处的地震动时程,并在数值实验中采用SHAKE91程序进行正演验证。算例分析结果表明,该反演方法能够较好地模拟出地层深处的地震动时程。     

基于土层重力效应的近邻双孔隧道地层位移计算和扰动分区

为分析近邻双孔隧道施工的相互影响，利用复变函数和Schwarz交替法求解基于土层重力效应且洞室发生收敛变形的地层位移解析函数，通过设置位移约束点对地层位移进行修正，最终获得了土层重力效应下近邻双孔隧道开挖的解析模型。采用该解析模型分析了迭代次数、位移约束及洞室水平变形对地层位移的影响规律。结果表明：当迭代次数为2时，计算结果已满足精度要求；设置竖向位移约束边界使地表相对沉降曲线整体发生向下偏移，左侧水平位移约束边界则使相对水平变形向左侧发生一定量的偏移；随着洞室水平变形系数的增大，地层相对竖向变形随之增大而相对水平变形却随之减小，且对两者的影响程度不一致。基于地层位移判别准则，获得了基于几何近接度和埋深比的双孔隧道的强、弱、无影响分区。     

长周期地震动弹塑性反应谱的参数影响

根据长周期地震动的频谱特性,从日本强震数据网K-NET和KiK-net中,合理挑选了47条长周期地震动记录,研究长周期地震动与普通地震动的弹性反应谱的区别.结果表明:长周期地震动加速度谱的卓越周期和长周期段的谱值都明显大于普通地震动的,且其弹性位移谱的谱值比普通地震动的大很多.在此基础上,对长周期地震动弹塑性反应谱(加速度谱、位移谱、残余位移谱、强度折减系数谱)进行全面的参数影响研究,得到地震动特性(场地土质、震中距、地震动峰值加速度)和恢复力模型动力参数(屈服后刚度比、阻尼比、位移延性系数)等因素对长周期地震动弹塑性反应谱的影响规律,为长周期地震动弹塑性设计反应谱的最终建立提供有益参考.     

近断层地区抗震设计谱研究

预测近断层地区的抗震设计谱可以为该地区工程结构的抗震设计提供依据.通过对28条具有明显方向性效应特征的近断层地震动峰值速度、速度脉冲周期的统计分析,给出了估计近断层方向性效应脉冲地震动峰值速度和脉冲周期的经验关系式.对2种场地上脉冲地震动ATv/V的研究表明,岩石场地上的ATv/V值明显大于土层场地的ATv/V.基于近断层地震动的这一特征,建议了岩石和土层场地的等效脉冲地震动模型.基于脉冲地震动参数的经验关系式和简单的脉冲地震动模型给出了近断层地区岩石和土层场地上考虑方向性效应影响的设计谱.与规范设计谱的比较结果表明,我国设计谱的取值偏低,尚需考虑近断层脉冲型地震动的影响.     

硬粘土开挖边坡的位移场计算

本文从硬粘土的主要工程特性之一的超固结特性出发,采用有限单元法计算开挖边坡的位移,计算中采用分级开挖、线性弹性模型及以先期上覆土层厚度H_0代替通常所采用的超固结比OCR,同时也考虑到其它的变形参数:侧压力系数k_0、泊桑比μ及回弹模量E_0讨论了这些参数对水平位移及垂直位移的影响及边坡的变形规律     

苏州城区凹陷沉积土层对地震反应特征的影响

针对土层非均匀分布的苏州城区凹陷沉积场地,采用黏弹性人工边界模拟无限域场地的边界,基于ABAQUS建立大尺度二维有限元模型,分析了加速度峰值、位移峰值、频谱等地震动参数特征,探讨了凹陷沉积土层对地震效应的影响.结果表明:凹陷沉积地震动响应呈现较大的空间差异性,局部位置地表加速度放大效应明显;苏州城区场地敏感周期段为0.20～0.70 s,与水平均匀场地相比,凹陷沉积场地地表反应谱沿横向变化较大,越靠近地表,反应谱谱峰越向长周期方向偏移;由于地震波在局部区域聚焦,凹陷沉积场地PGA值沿深度方向呈起伏变化现象;沿水平方向的PGD随土层深度增加呈非单调递减,且与输入地震动频谱特性相关.大尺度二维模型一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布对地震波传播过程的影响.     

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.     

某近断层高层建筑采用隔震技术的相关问题研究

以一紧邻断裂带高层建筑为例,进行高层建筑基础隔震技术运用相关问题,特别是竖向地震问题的分析研究.采用连接单元和缝单元并联模拟隔震支座,分析水平地震动作用下结构减震系数和隔震层位移;对比竖向地震动作用下规范规定计算方法、振型分解反应谱法和时程分析法计算所得结构内力.结果表明:结构水平向减震效果良好,隔震层位移控制和支座拉压承载力满足要求,反应谱法和时程分析法计算结果更为合理.     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

Analyses for effect of underground on seismic response of ground and adjacent structure surface buildings

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明：由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

双向地震动作用弹塑性反应谱研究

在基于性能/位移抗震设计中,弹塑性反应谱在计算结构地震位移反应方面越来越受到重视.考虑实际地震动的多维性和结构非线性反应空间耦合特性,研究并建立了双向地震动作用弹塑性反应谱模型,将其定义为在两个相互垂直的主轴方向上分别具有水平平动自由度,恢复力特性满足二维屈服面模型的理想弹塑性单质点系统,分别承受双向和单向地震动作用,在同一主轴方向上的最大位移反应之比.给出了一种等强度折减系数的弹塑性谱.通过硬土场地10组双向地震动记录等强度折减系数谱的统计平均结果,分析了结构周期、强度折减系数和阻尼等因素对谱值及结构双向地震反应的影响.结果表明,双向地震动作用相对单向地震动作用主要增加结构较长周期方向的最大位移反应;若增加结构较短周期方向的设计强度,可在一定程度上降低双向地震动不利影响;因定义的谱为比值形式,阻尼对其影响不大.     

隧道开挖引发土层变位的经验法分析

为了得到便于工程采用的由于隧道开挖引发深层土体竖向位移和水平位移的简化估算法,本文考虑围岩土性,采取Peck公式基于平面应变原理和岩土体的不可压缩性,经过简单推导得到隧道轴线上方任意土层深度位移的计算表达式.通过与已有工程案例、现有计算理论和有限元结果进行对比研究:表明文章所提出的简化估算法与现场实测数据和有限元模拟结果曲线吻合,验证了计算公式的适用性与可行性;提出了硬黏土地区参数的合理取值范围:φ∈[10°,20°],m∈[0.4,0.5],n∈[0.3,0.7],从而为类似土质的隧道工程提供简单快速的计算方法.     

海原特大地震红土川滑坡拟静力强度折减法模拟分析

为研究黄土物理力学参数对滑坡稳定性的影响,通过拟静力强度折减的方法进行红土川滑坡的模拟分析,研究了地震动输入及岩土体强度指标:黏聚力、内摩擦角对黄土-泥岩的二元结构滑坡的影响。结果表明:在地震输入为0. 70g时,接近边坡的极限状态,稳定性系数为1. 01。在此地震输入下,当黄土黏聚力为21 k Pa、内摩擦角为28°时,其稳定性系数为1. 00,可见在黄土物理力学参数相似的红土川地区,0. 70g可作为该地区参考的地震输入。并且将红土川滑坡所在区域划归成Ⅸ度区时,相对较稳定;而划归成Ⅹ度区时,稳定性系数小于1。鉴于此处已形成滑坡,则划归为Ⅹ度区更加合理。可为减轻黄土地区滑坡灾害提供基础资料与参考。     

海原特大地震红土川滑坡拟静电强度折减法模拟分析

为研究黄土物理力学参数对滑坡稳定性的影响,通过拟静力强度折减的方法进行红土川滑坡的模拟分析,研究了地震动输入及岩土体强度指标:黏聚力、内摩擦角对黄土-泥岩的二元结构滑坡的影响。结果表明:在地震输入为0. 70g时,接近边坡的极限状态,稳定性系数为1. 01。在此地震输入下,当黄土黏聚力为21 k Pa、内摩擦角为28°时,其稳定性系数为1. 00,可见在黄土物理力学参数相似的红土川地区,0. 70g可作为该地区参考的地震输入。并且将红土川滑坡所在区域划归成Ⅸ度区时,相对较稳定;而划归成Ⅹ度区时,稳定性系数小于1。鉴于此处已形成滑坡,则划归为Ⅹ度区更加合理。可为减轻黄土地区滑坡灾害提供基础资料与参考。     

重塑黄土变形特性

为了研究黄土路堤的沉降特性,基于室内一维固结试验,从流变角度分析了重塑黄土的变形特性;在此基础上,从简单的Kelvin模型入手,引入非线性应力、应变关系的割线模量,利用变参数法建立了描述重塑黄土变形特性的非线性模型,并进行了计算值与实测值的比较分析.结果表明:随着时间的增加,各应力水平下的应变逐渐趋于稳定,不会出现破坏现象,且基本呈双曲线关系;变形属非线性衰减型,且非线性程度随着应力水平的提高而增强;非线性模型中含有4个土性参数,均可由室内一维固结试验得出;计算值与实测值吻合较好,表明该模型具有较高的可靠性,为研究黄土路堤沉降特性提供了有力依据.     

地震引起的货物列车脱轨全过程计算

为确保地震作用下货物列车在脱轨瞬间及时停车,建立地震作用下列车-轨道系统空间振动计算模型,并提出地震作用下列车脱轨全过程计算方法;以9~10级地震烈度下的强震为研究对象,分别计算货物列车以不同车速在直线和曲线线路上的脱轨全过程,分析轮轨几何接触状态及其相对位置.结果表明:地震烈度及车速对转向架与钢轨横向相对位移影响明显,而对转向架摇头角影响较小;曲线轨道对转向架与钢轨横向相对位移、转向架摇头角影响均较大;转向架与钢轨横向相对位移及转向架摇头角最大值分别为155 mm和4.6°.这些数据可为列车脱轨检测装置的研发提供参考.     

大石—汉溪区间隧道结构变形监测

匝道桩基穿越既有地铁工程结构附近土层,近距离施工不可避免地对地铁结构产生不利影响。为了解匝道基础工程施工阶段地铁结构及周边地层变化动态,给同类其他工程提供设计和施工依据。对大石—汉溪区间隧道进行了稳定性变形监测。主要阐述该隧道地面沉降、隧道周围土层水平位移和隧道结构及附近土层变形测试方法,变形随时间变化的量测数据及分析。结果表明:桩基钻挖成孔和灌注混凝土时,地面沉降和土层水平位移均不稳定,而隧道结构变形相对稳定;各变形值没有超过报警值,说明该工程采用的施工及监测方法是可行的,对其他同类工程具有借鉴意义。