地震作用下层状岩质边坡动力响应

层状岩质边坡是川藏铁路沿线区域常见的地质体,边坡的地震稳定性对工程建设具有重要的影响.采用有限差分法软件FLAC3D建立顺层边坡及反倾边坡的数值模型,通过对比分析两种典型层状边坡的动力加速度响应,研究地震作用下层状边坡的动力响应特征及变形机理.研究结果表明:软弱夹层对层状边坡的波传播特征具有影响,使地震波在坡内传播过程中出现局部的放大效应;高程及软弱夹层对层状边坡的动力响应具有放大效应,相同高程条件下坡表的放大效应大于坡内;与反倾边坡相比,顺层边坡的放大效应随高程增加表现出强烈的非线性增加趋势;层状边坡的动力放大效应随地震动幅值的增加而增加,水平地震力作用下层状边坡的动力放大效应大于垂直地震力作用下层状边坡的动力放大效应;软弱夹层对层状边坡的动力变形特征具有控制性作用,最上层软弱夹层为潜在滑移面.     

动力荷载作用下土质边坡加速度响应规律分析

应用FLAC数值模拟技术对土质边坡动力加速度响应规律进行了分析．研究发现：土体滤波与低频放大作用致使边坡加速度响应表现为垂直放大现象;波界面反射与叠加特性致使边坡加速度响应表现为临空面放大现象;PGA放大系数随坡高增加呈现“增加-衰减-增加”三段形态,其衰减现象主要由于坡脚潜在受拉剪滑带的形成所致;地震边坡潜在滑移面下部土体单元加速度响应小,而上部土体单元加速度响应大．     

竖直向上传播剪切波作用下边坡动力响应规律

对竖直向剪切波作用下边坡的动力响应进行数值模拟.记录边坡模型在整个动力响应过程中每个节点的位移、速度等物理量的最大值,并选用边坡底部的1个参考点的量值作为基准值来计算边坡的地震动力响应系数,在此基础上,绘制边坡的地震动力响应系数等值线图,比用本身存在放大现象的边坡脚点量值作为基准值更真实地反映力边坡的地震动力响应.研究结果表明:在竖直方向地震波作用下,边坡顶部和底部水平地表部分出现放大现象,边坡面近地表区域没有出现放大现象;该条件下边坡地震动力响应系数最大值为1.6,且放大现象主要出现在边坡近地表区域,边坡内部大部分区域地震动力响应系数小于l.     

圆形洞室预应力锚索的地震动力响应

针对锚索在本身预应力及动荷载作用下轴向力可能产生损失、降低抵抗洞室变形能力的问题,采用有限差分数值分析方法,通过构造简单洞室模型,分别对简化的地震动载荷进行纵向压缩、横向剪切数值模拟.结果表明:由于洞室尺寸相对于无限空间较小,动载荷作用时洞室几何形状引起的挠动有限,因此锚索内动应力引起的变化较小;锚索安装角对该作用力的大小有很大影响;波动频率越高,该作用力越大;波动的类型影响不大.     

强夯作用下边坡动力响应模型试验和数值模拟

针对坡顶强夯动力作用下边坡地基加固机理问题,开展了室内模型试验和数值模拟研究。在试验中控制锤重和落距,分组测试在强夯过程中天然边坡的变形特性和动力响应特性,结合夯击塑性区概念解释强夯过程中的加速度变化机理,并结合数值模拟对试验结果进行进一步讨论。结果表明：夯击落点中心形成椭圆形有效加固区域,夯击对土体振动的有效影响半径小于3倍锤径;夯沉量与加速度值在最初3次夯击后趋于稳定;在相同强夯能级下,锤重对夯击点夯沉量的影响较落距更为显著,即“重锤低落”优于“轻锤高落”;坡顶夯击主要影响坡顶安全性,造成坡顶和坡中的水平位移显著增加,对坡脚影响较小。研究成果可为边坡地基加固方案设计及施工工艺控制提供参考依据。     

车辆移动荷载作用下的基坑边坡动力响应

车辆移动荷载会影响基坑边坡的沉降变形,严重者将导致基坑坍塌。通过数值模拟分析了车速在20km/h、15km/h和10km/h三种工况下的基坑竖向位移特征,并与柔性基础地基沉降位移计算方法和现场测试数据进行对比。结果表明：基坑的动力响应完全依赖于车辆的移动荷载变化,与共振无关。车速越慢,竖向位移变化越明显。位移变化最大的位置在基坑顶部,且随着深度的增加,位移响应逐渐减小,在地表12.5m以下,移动荷载对沉降位移已无明显影响。数值模拟中的瞬时最大位移与柔性基础地基沉降位移计算方法得到的结果相近,验证了数值模型的可靠性。与测点实测位移对比可知,基坑顶部出现了一定塑性变形,由于模拟时间的界限,计算的最大塑性位移为6mm,小于实测值,符合力学预期。上述研究成果可为设计前期移动荷载对基坑的扰动估算提供一定的参考。     

甬台温高速公路平苍段路堑高边坡的加固实践

甬台温高速公路平苍段的路堑高边坡地质条件复杂，松散土体覆盖层厚度大。部分路堑穿越古滑坡体。采用预应力锚索架梁结合抗滑桩和锚杆等方式综合加固。取得了良好的效果，也为今后在类似地质条件下进行边坡加固提供了经验。     

地震作用下岩体结构及岩性对高陡岩质边坡动力响应特征的影响

为研究岩体结构及岩性对高陡岩质边坡地震响应特征的影响,该文建立了均质软/硬岩边坡、层状软/硬岩边坡4个数值模型,采用有限元方法进行动力分析。通过分析边坡的动力加速度放大系数(M_PGA),研究岩体结构及岩性对坡内波传播特征及其动力放大效应的影响。研究结果表明:岩体结构及岩性对坡内的波传播特征具有影响,软弱夹层使波在地震坡内出现了局部放大效应;相同条件下软岩边坡的动力放大效应大于硬岩边坡,与岩体结构相比岩性对边坡动力响应影响更显著,与均质边坡相比岩性对层状边坡的地震放大效应影响更大,均质软岩与均质硬岩边坡的M_PGA比值小于层状软岩与层状硬岩边坡的M_PGA比值;软硬岩边坡均表现出一定的高程及趋表放大效应,与均质边坡相比层状边坡的高程放大效应具有明显的非线性变化特征;软弱夹层对边坡的动力放大效应具有影响,层状边坡的动力放大效应大于均质边坡。     

预应力锚索抗滑桩抗震优化设计与试验研究

据汶川灾后调查发现,预应力锚索抗滑桩具有较好的抗震表现;但在地震的作用下,部分桩仍出现锚索锚头失效现象。为了解决锚头失效问题和提高锚索抗滑桩的抗震性能,结合中国抗震规范及结构抗震设计规范,对预应力锚索抗滑桩给予优化设计,并开展大型振动台试验进行试验验证。结果表明:(1)从震后桩头倾角来看,在锚索抗滑桩锚头与桩间设置消能弹簧可在一定程度上缓解锚头失效问题。(2)桩后设置EPS材料可以减小受力侧动土压力;且其缓冲消能效果跟输入的动峰值加速度相关,输入的动峰值加速度越大,缓冲消能效果减弱。(3)通过试验现象及实测结果分析可以得出,上述优化措施是行之有效的,可以为高烈度地震区锚索抗滑桩设计提供参考。     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

不同水位下降模式下非均质及各向异性边坡稳定性分析

针对水位线下降会改变坡内的水力梯度,从而导致边坡失稳问题的出现,采用极限分析法和强度折减法建立二维含水边坡,通过优化迭代确定边坡安全系数Fs,并分别与稳定性图表、有限元方法得到的安全系数进行对比,同时探究水位线下降进程、非均质性、各向异性,以及坡脚等参数对边坡稳定性的影响规律.结果表明:水位高度一定时,非均质系数增加,...     

水平瞬态荷载下基桩的动力响应分析

文章建立了基桩桩顶受到水平瞬态荷载的动力学模型和数学模型;通过Laplace变换解析地求出频率域内桩土系统的传递函数,引入δ矩阵表示传递函数解决了高频部分精度损失的问题,得到了桩顶横向振动速度和位移的频域表达式,再进一步通过快速Fourier逆变换得到时域内速度和位移的表达式;绘制出不同参数下频域内的速度导纳曲线和时域内速度、位移曲线,并分析了曲线的特性以及各参数对曲线的影响。     

廻转梁受强动载荷作用的刚-塑性动力响应

核电站及化学工厂中的一些管道结构不可避免地会受到强动载荷的作用,本文基于理想刚塑性模型,分析了在跨度中点受刚性质量块横向撞击作用的甩动管理论模型,即一端铰支,一端自由的廻转梁的塑性动力行为。给出了描述廻转梁早期响应历程的完全解,详细讨论了质量比等有关参数对结构变形和塑性能量耗散的影响以及初始输入能量的分配。研究结果表明,质量比参数对梁结构的动力行为有重要的影响;在能量耗散方面,输入的能量并不全部转化为塑性耗散能,至少有一部分输入能量要转化为动能。     

地下箱形结构在爆炸冲击荷载作用下的动力反应分析

在一定距离的常规武器爆炸作用下,地下防护结构可能不会发生由于抗力不足而产生破坏,但是爆炸冲击荷载会引起结构内部很大的震动加速度环境,造成结构内部人员伤亡和设备破坏.综合考虑引起结构振动的各种影响因素,采用爆腔-岩土介质-结构系统动力相互作用模型,运用LS-DYNA动力分析软件,对典型的地下箱型结构在顶爆、侧爆和侧顶爆3种不同爆炸工况进行了数值模拟计算.初步分析了箱型结构在不同当量和不同爆炸点的常规武器爆炸荷载作用下的动力反应规律和特点,可为箱型结构在爆炸荷载下的隔震设计提供参考.计算结果表明:在常规武器爆炸作用下有必要对重要的箱型地下人防指挥工程进行隔震设计;可以采用爆腔-岩土介质-结构系统动力相互作用有限元模型进行爆炸动力反应分析.     

压电圆柱体在冲击外力作用下动应力与瞬态电势的动态效应和响应历程

提出了一种简便的求解压电圆柱体在冲击外力作用下的动应力和瞬态电势的响应历程的解析方法.在求解过程中,将压电圆柱体动力学耦合场方程的解看成是由一个满足非齐次混合边界条件的电弹性准静态解和一个仅满足齐次混合边界条件的电弹性动态解的叠加.通过有限汉克尔变换、Lap lace变换及其反变换,获得压电圆柱体在冲击外力作用下的动应力和瞬态电势的解析表达式.实例计算结果表明,对于不同材料的压电圆柱体圆心处的动应力和瞬态电势的动态集中效应有所不同,并且随着电弹性波在柱体外边界的不断反射和波头在圆心处的不断会聚碰撞,会产生各种不同的周期性振荡.     

弹性支承块式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

为研究高速列车-弹性支承块式无碴轨道系统的动力学性能,提出一种竖向振动分析方法。其原理是:将高速列车的动车和拖车模拟为具有二系悬挂的多刚体系统;将弹性支承块式无碴轨道模拟为具有24个自由度的轨段单元的集合;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立此系统竖向振动矩阵方程,并采用Wilson-θ数值积分法求解,计算速度为200km/h时此系统竖向动力响应,研究轨道刚度对此系统竖向振动响应的影响规律。研究结果表明:钢轨竖向位移最大为1.125mm,支承块竖向位移最大值为0.522mm,并且计算波形图可以反映列车编组;钢轨扣件竖向刚度的合理取值范围为60~80kN/mm,块下垫层的竖向刚度宜大于80kN/mm。     

地震作用下成层地基中结构物的动力响应

采用解析方法研究成层地基与结构物动力相互作用特性。将地震条件下土体与结构物作用力及其相对位移之间的关系简化为线性关系。假设土体和结构物均可简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁且地震输入为竖直向上传播的剪切波。在此基础上得到了一种新的浅埋于成层地基中的结构物动力响应的一维解析方法及其公式,该方法能够直接计算地震过程中土与结构上任意一点的响应。使用该方法初步分析了不同分层特性的地基中的浅埋结构物的加速度及位移等动力响应。结果表明地基的分层特性对结构物的加速度响应和所受的土体作用力影响很大。     

功能梯度梁在轴向移动载荷作用下的动态响应

研究了功能梯度材料梁在沿轴向移动的集中力作用下的动态响应特性,其中考虑功能梯度材料的物理性能参数沿厚度方向以幂指数形式连续变化。首先基于经典Euler梁理论建立动态响应控制方程,并求解获得功能梯度两端简支梁的固有频率及主振型,同时推导证明了其主振型的正交性。然后采用模态叠加法研究梁在轴向移动载荷作用下的动态响应及共振特性,求解获得了中点最大挠度随时间的变化及共振速度的解析解,并采用数值结果分析了共振速度及其影响因素。     

单周期荷载作用下纤维沥青路面的动态响应

为了研究动荷载作用下纤维沥青路面的响应,基于弹性理论,应用有限元方法分析单周期动荷载作用下,不同的荷载作用时间、路面体阻尼比、土基模量和加载方式对不同纤维沥青路面结构的路表最大弯沉的影响规律.对于不同纤维沥青路面结构:不同荷载作用时间下,路面的动静态弯沉差值基本接近;随着路面体阻尼比的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率和到达最大动弯沉对应的时间基本接近;随着土基模量的逐渐增加,路面的动态弯沉逐渐减小,但减小率基本接近;半矩形波荷载比半正弦荷载作用下的路面动态弯沉大,而弯沉差值基本接近.分析表明,在单周期动荷载作用下,纤维的加入提高了路面的整体抗变形能力,但对路面的动态弯沉影响规律基本相同.     

爆炸冲击下盾构隧道衬砌结构的动力响应特性

考虑现实生活中城市地铁隧道内可能出现的意外或恐怖袭击爆炸事件,运用有限元Midas/GTS软件数值模拟爆炸过程,分析爆破荷载作用下隧道管片的变形、振速、内力及地表的变形情况,分别选取3种不同管片接头模型进行对比。结果表明:爆破荷载作用对隧道管片的影响较大,而对地表的影响较小,其竖向位移随地表与爆炸源正上方位置距离的增大逐渐减小;不同接头模型中管片的内力与变形规律相似;隧道管片内力随时间先增大后减小,采用局部刚度折减法时管片的内力明显区别于整体刚度折减法与不折减法,折减区管片内力较大,整体管片内力分布不均匀现象更为明显。