西南山区大型危岩体灾害地震稳定性数值模拟分析

危岩体灾害在我国西南山区分布广泛,开展地震作用下危岩体的稳定性研究是进行灾害风险评价和工程治理措施的前提,具有重要的意义。本文以重庆市武隆县庆口危岩为研究对象,在对危岩体地质环境和变形破坏特征野外详细调查的基础上,运用GeoStuido数值模拟软件,分析了危岩体在自然工况和不同地震动(小震、中震和大震)作用下危岩体的稳定性变化。结果表明:在自然工况下,庆口危岩处于欠稳定状态,在地震工况下,随着输入地震动峰值加速度的增大,危岩体稳定性逐渐降低。在小震作用下,庆口危岩降低至不稳定状态;在中震和大震作用,危岩体稳定性则会明显下降,安全系数最大降低幅度可达33%,危岩体可能会产生剧烈滑动。     

护坡植物根的力学作用及其数值分析

本文利用FLAC2D软件,基于对粘土区植物斜坡的调查,选取一坡高8m、坡比为1:0.75的边坡,分别设置1m、2m、3m与水平面夹角0°、18.5°、53°、55.5°、60°的单根及组合根,数值模拟计算得出植被边坡应力场重分布,边坡下部以剪切屈服为主,上部主要表现为拉张屈服;剪应力在局部分布集中,随根系分布方式及数量的增多,剪应力向坡底扩散和转移;水平向位移最大值出现在坡底及向上部位,水平向位移最大处剪应变也最大;大量数值模拟计算发现随根长增加边坡稳定性系数增大,但只是在一定范围内植物根系加固边坡效果明显;植被边坡单根最利于边坡稳定的入土方向是与水平面夹角成55.5°,组合根植入方式为主根垂直坡面方向、一条侧根与水平面夹角为30°、另一条侧根与水平面锐夹角成55.5°方向。研究结果为工程中评价护坡植物根对坡体稳定性的提高及人工干预植物根系生长方向提供理论依据,具有工程应用价值。     

基于不同地震力偏角的一阶边坡稳定性分析

针对一阶边坡在地震力作用下的稳定性问题,在毕肖普法中考虑受地震力影响产生的切向力和竖向力,建立一阶边坡受力模型.对不同地震力偏角范围内一阶边坡安全系数计算公式进行推导.编写VB工程计算软件进行迭代计算,得出在不同地震力偏角时一阶边坡的安全系数和最小安全系数以及安全系数在不同地震加速度及震动时刻的变化规律,为一阶边坡抗震设计提供重要的参考依据.     

近断层地震动作用下长周期结构的地震动强度指标

选取国内外13次地震的26个近断层地震动记录,研究适用于长周期结构的地震动强度指标.采用时程分析法计算了自振周期3.0～8.0 s的单自由度结构的加速度、速度和位移响应,研究了峰值加速度、均方根加速度、峰值速度、均方根速度、峰值速度与峰值加速度比、峰值位移和均方根位移与这些响应最大值的相关性.在此基础上以宿迁某高层隔震建筑为对象,进一步考察实际长周期结构的最大地震响应与地震动强度指标的相关性.研究结果表明:不同地震动强度指标与长周期结构最大响应的相关性差别很大,加速度型地震动强度指标的相关性最差,速度型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈差,位移型强度指标随着结构周期的增加其相关性愈好.相比峰值加速度和峰值速度强度指标,近断层地震动作用下长周期结构时程分析时,选择位移型地震动强度指标用于选择和调整地震动输入更为合理.     

深厚覆盖层上高土石坝抗震稳定性的三维分析

常规的拟静力方法不能反映出深厚覆盖层上高土石坝的动力特性,而应从坝体材料的动力稳定性、坝体地震后的永久变形和坝坡地震过程中稳定安全系数时程变化等方面综合评价大坝的安全性.结合一工程实例,建立了深厚覆盖层上高土石坝的三维有限元动力分析模型,对大坝的抗震稳定性进行分析及评价.研究表明: 坝体中较大的加速度数值集中在坝顶向下1/3的坝高范围,而此处以下部分的加速度数值与基岩加速度数值大致相同或略小;地震过程中,坝坡最危险安全系数滑弧由静力最危险滑弧逐步向坝顶方向移动.     

承压含水层中孔压变化规律的振动台实验研究

为研究不同地震动作用下承压含水层中孔压变化规律及其主要影响因素,开展了基于地震模拟振动台的承压含水层孔隙水压力变化实验研究。结果表明:①地震动作用下孔压变化形态可分为振荡、振荡上升以及阶升三种类型,孔压变化形态及幅度均与加速度峰值密切相关,而与频率相关度较低;②孔压增量随加速度峰值增大而增大,其增长规律可表示为以加速度峰值为自变量的二次函数;③孔压消散过程基本呈线性规律,且消散速率与加速度峰值大小有关,加速度峰值越大,振后孔压消散速率越快。实验可为后续探究地震动作用下孔压变化信息在含水层中的传递机理提供一定参考。     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

恩施清管站危岩稳定性及其影响评价

为了弄清楚滑塌式危岩的作用范围,在危岩防治之前应该对危岩的稳定性及其影响范围做出评价,利用危岩体发育的力学机理,选择恩施清管站危岩,根据其发育特征采用平面滑动模型对其进行分析及稳定性计算,发现危岩处于欠稳定状态,并进行了危险性评价,提出了挡墙和锚固为主的2种危岩防治方案.该方法采用平面滑动模型简化了作用在危岩体上的荷载,对于危岩的剪切滑移的研究有着重大的帮助,同时为危岩体的治理实施提供了科学依据.     

地震荷载作用下加筋高边坡的稳定性分析

为了更加准确地分析加筋高边坡在地震荷载作用下的稳定性,采用拟静力法结合有限元软件和强度折减法分析了加筋高边坡在不同地震荷载作用下的安全系数,经过分析,发现水平地震荷载对边坡的稳定性影响更大,水平向外的地震加速度最大只能加到0.154 g,竖直向下的加速度最大可以加到0.318 g。通过对最不利情况下地震加速度的计算分析,绘制了加筋高边坡在地震荷载作用下安全系数的空间曲面图。并且定义了安全系数的影响因子η,计算了各个方向上地震加速度对安全系数的影响,从而确定出最危险的地震加速度方向为水平方向,为加筋高边坡的抗震设计提供了参考。     

基于QUAKE/W和SLOPE/W下甘家寨滑坡地震动力响应分析及稳定性评价

以鲁甸地震甘家寨滑坡为例,运用QUAKE/W模块分析地震作用下滑坡加速度、速度、位移的动力响应情况;将QUAKE/W结果导入SLOPE/W中,结合安全系数及永久位移,评价水平地震动与水平、竖向地震动共同作用下的滑坡稳定性。研究表明:滑坡监测点的加速度、速度、位移存在滞后性和放大效应;水平地震下滑坡安全系数降低并产生0.381 m的永久位移,滑坡失稳;相比水平地震动,水平、竖向地震动的共同作用使滑坡稳定性明显降低。     

河漫滩-阶地复合地形场地的非线性地震反应特征

以滁州市地震小区划场地为原型,针对由河漫滩、阶地、波状起伏的低丘等组成的典型复合场地,基于ABAQUS软件显式有限元并行计算平台,建立了大尺度场地二维模型,考虑土体的非线性特征,以SH波作为输入地震动,分析了河漫滩-阶地复合场地地震动力响应特征.结果表明,(1)与基岩地震动峰值加速度相比,土层近地表范围内(15m以浅)峰值加速度均表现出明显的放大现象,15m以深土层地震动放大效应随深度增加而逐渐减弱,且随深度增大,PGA放大系数值逐渐小于1.0;(2)土层峰值加速度随着深度增加非单一递减,局部土层深度地震动出现聚集效应,这一现象在河漫滩区表现比较明显;(3)场地不同区域地震动放大效应差异较大,河漫滩区地震动放大效应要明显比阶地低丘区更大;且输入地震动峰值相同时,河漫滩区反应谱特征周期要大于阶地区域,两者差距达0.05—0.15s;(4)随着输入地震动增加,反应谱谱峰向长周期方向移动明显.     

地震动潜在破坏矩阵研究

为了研究地震动各种属性参数和建筑结构反应之间的关联,该文计算了砌体和混凝土结构在地震动作用下的反应或损伤.经过对地震动参数和结构反应相关系数的计算,得到以下结论: 有效峰值加速度(EPA)与砌体结构、谱峰值速度(PSV)与低层框架的相关性较好;能够体现地震动持时特性的Arias强度与中层框架和高层砌体存在相关性;地震动峰值加速度(PGA)表现出与所有结构都非常好的相关性;2个能量参数达到了除砌体外与所有结构都非常好的相关性,和砌体结构的反应也存一定的相关性,但不如混凝土结构明显.     

地震力对边坡可靠度的影响

地震动作用是影响边坡可靠度分析的重要因素。利用Karhunen-Loève(K-L)展开方法生成土体黏聚力的随机场,采用简化Bishop法计算不同地震力作用下的边坡安全系数,通过Monte Carlo模拟计算地震动作用下边坡的失效概率,分析地震力对边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：地震力对边坡稳定性有很大影响。随着水平拟静力系数K_h增大,安全系数F_s逐渐减小,失效概率P_F逐渐增大;地震动作用下,边坡的失效概率随黏聚力变异系数和相关长度的增大而增大。     

汶川地震中强震动台基墩引起的记录异常分析

自由场地上的强震动记录是研究地震动衰减规律、制定抗震设计规范等的基础数据,因此,强震动记录是否可靠至关重要,将直接影响相关的统计分析结果．在汶川地震中,宜宾高场强震动台记录了一组3分量加速度记录,其中东西向峰值加速度为101．2cm／s^2,南北向峰值加速度为122．1cm／s^2,垂直向峰值加速度为94．4cm／s^2．加速度时程图示结果表明记录曲线呈现明显的不对称,尤其是垂直向更甚．此外,较之附近其它强震动台峰值加速度明显偏大．本文针对这一异常记录进行了分析,并通过现场实验、振动台实验和数值模拟分析了异常产生的机理．结果表明,记录异常是由仪器墩的放大作用和碰撞效应引起的．放大作用起因于仪器墩高宽比过大,而运动中的仪器墩底部接触碰撞使地震动记录呈现显著的不对称,即“瀑布”现象．     

近场地震的速度脉冲效应及简化冲击回归公式的检验

着重介绍了几次地震中出现的近场地震动的速度脉冲特性,并利用简化冲击模型来分析速度脉冲效应对地震动加速度、速度、位移的影响.另外,还用近场地震记录对简化冲击的回归公式进行了验证.结果表明:在速度脉冲效应下,地震动峰值位移增大值大于峰值速度增大值,而峰值加速度所受影响最小.在阻尼不是很大的情况下,速度脉冲效应是较大的.因此,考虑近场地震的抗震设计中速度脉冲效应是必要的.     

采用倾角传感器实现空间旋转角度测量的解析方法研究

针对旋转轴与水平面非垂直的情况,提出了一种采用双轴倾角传感器实现空间旋转角度测量的算法.当传感器被随机安装在旋转平面上时,存在3个未知的空间位置参数:旋转轴和水平面之间的夹角β;传感器所在平面和旋转轴之间的夹角γ;传感器测量轴在测量平面上的偏转角α.根据倾角传感器测量轴、旋转轴和水平面的空间关系,建立了基于双轴倾角传感器的空间旋转角度测量的数学模型,推导出了空间旋转角度检测的解析表达式.采用该模型算法可实现传感器安装位置参数α和γ的测量,或旋转轴水平夹角β的测量,还可以表现旋转轴非垂直于水平面情况下空间旋转角度的测量,并能达到一定的准确度.实验结果表明,当旋转轴和水平面夹角在小于75°的情况下,采用该方法在±100°的测试范围内,检测准确度均能达到0.2°,说明该模型的重复性良好,并能达到一定精度.     

地震作用软土震陷特性及变截面群桩动力响应

为研究不同类型地震波作用时软土场地条件下大直径变截面群桩基础的动力响应特性，依托翔安大桥实体工程，通过振动台试验，选取地震动强度均为0.15g的人工合成5010波、1004波，以及Kobe波和El-Centro波，研究了群桩基础桩周土层震陷量、桩身加速度、桩顶水平位移、桩身弯矩等动力响应特性. 结果表明：地震作用下，软土层发生震陷，震陷量为0.16~0.22 cm，其值与输入地震波的频谱特性有关；桩端加速度时程响应曲线较桩顶及变截面处更为“密集”；软土对加速度产生放大效果，输入地震波加速度峰值出现时刻均早于桩端、桩顶及变截面处；桩身加速度及桩顶水平位移分别在1004波和Kobe波作用下达到最大值；5010波和1004波作用下，桩顶产生永久侧向位移；Kobe波作用下，桩身弯矩峰值最大，且弯矩峰值出现时刻最晚. 因此，在进行群桩基础抗震设计时，针对不同桩基特性可选用不同类型地震波进行验算.     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

基于脉冲推力作用的双足机器人半被动行走

研究了半被动双足机器人行走过程固定点的全局稳定性问题.使用罗盘机器人模型,在脚与地面冲击前,采用支撑腿的脉冲推力作为行走的动力源.通过引入一个限位器使两腿间的夹角在脚与地面冲击时保持为常数.采用庞加莱映射方法证明了半被动双足机器人行走固定点的存在性及其稳定性.分析了脉冲推力作用方向对双足机器人稳定行走的影响,并讨论了固定点存在的动力学附加条件.针对模型已知和未知2种情况,分别设计了行走控制律.理论分析和仿真结果表明,采用所提出的控制方法,半被动机器人可以在水平面上稳定行走,当脉冲推力作用方向与前腿垂直时控制效率最高.     

柱面网壳在地震作用下的失效机理研究

利用非线性有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,研究了单层圆柱面网壳在地震作用下的动力稳定性问题,指出当加速度峰值较小时,网壳的节点位移响应随地震加速度峰值增加呈线性增加,结构的变形主要是弹性变形,随着加速度峰值的加大,位移响应增加速度加快,部分杆件进入塑性,当达某一特征值时,位移响应大幅度增加,此时结构丧失了稳定性,沿结构不同方向输入地震波时,X方向首先发生失稳。