锚杆加固对石窟地震反应的影响

利用大型通用AD INA有限元分析软件进行动力分析,研究锚杆加固对石窟地震反应的影响。通过对无裂隙无锚杆、有裂隙无锚杆、有裂隙有锚杆和有裂隙有预应力锚杆4种模型的分析,研究了锚杆在石窟岩体加固中的作用。结果表明,锚杆的加固作用是明显的,在有裂隙的部位打入锚杆对石窟整体结构的安全性是有益处的。通过两条地震波作用下石窟的地震反应分析,指出了石窟结构在地震荷载作用下的薄弱部位,计算结果表明地震作用下薄弱部位多数发生在石窟的脚点附近,分析结果可作为石窟抗震设计的参考依据。     

竖向地震荷载下人字批顶结构石窟的稳定性分析

我国部分石窟的空间建造采用了人字批顶形式,体现了中国传统建筑形式与佛教石窟建造形式上的融合.选取莫高窟典型的人字批顶结构的254号石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,考虑了竖向地震荷载作用,通过输入不同地震加速度时程,计算了4种模型情况下石窟岩体的拉应力分布情况.结果表明,石窟的人字批顶处易形成较大拉应力区,易遭受地震破坏;石窟中心塔柱可以有效地提高所在石窟岩体的抗震能力,但对下部窟体的上部岩体会产生应力集中,是窟体防护加固的重点部位.同时,对于洞窟密集而又分上下几层的石窟群,在抗震防护中应充分考虑竖向地震荷载的作用.     

麦积山石窟栈道地震动力响应分析及损伤评估研究

为研究麦积山石窟人行栈道在地震作用下的动力响应,选取154石窟处栈道作为典型结构,利用ABAQUS建立三维实体模型,充分考虑麦积山石窟地震环境条件,基于麦积山石窟窟区地震危险性评价结果,分析石窟栈道在50年超越概率63.5%、10%、2%水准所对应地震作用下的加速度响应、应力和损伤分布情况,进而对栈道结构抗震性能水准进行划分。结果表明,在地震作用下,栈道结构斜梯加速度响应明显大于平台板处加速度响应,平台板随其所处位置高度的增加,加速度响应峰值增大;栈道结构悬臂梁与岩体嵌固的端部混凝土应力数值较大,斜梯梁与悬臂梁相交处钢筋应力较大;随地震作用的增大,栈道结构混凝土拉压损伤出现范围和数值均呈增大趋势,且主要集中在悬臂梁与岩体嵌固端部,呈现出上部受拉、下部受压的典型破坏特征;基于栈道结构材料应力应变和构件损伤程度对其抗震性能水准进行划分,栈道在多遇(PGA=70 gal)、设防(PGA=240 gal)地震作用下,地震损伤评估结果均为轻度损坏,在罕遇(PGA=450 gal)地震作用下,地震损伤评估结果为严重损坏。该研究结果可为麦积山石窟栈道震损评估和加固设计提供科学依据。     

石窟围岩及其附属构筑物地震稳定性评价方法研究

以莫高窟为例探讨了挡墙加固型石窟围岩及其附属构筑物的地震稳定性评价方法 .认为对于大型的石窟群及其附属构筑物 ,其地震稳定性评价宜采用以动力分析方法为主 ,拟静力法为辅的双轨制方法 ,并提出了具体的评价思路和理论分析方法 .     

云冈石窟的地震动力响应研究

选取云冈石窟中的典型石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,首先输入水平方向地震荷载,计算了石窟岩体的位移和应力分布情况.结果表明,石窟的立柱部分和入口处易产生较大位移;石窟周围,尤其是洞窟开挖的薄壁部位,容易形成压应力、拉应力和剪应力的集中区,是石窟围岩容易破坏的地方.再输入竖向和横向的地震荷载进行比较,结果表明,竖向地震荷载对石窟拉应力的影响较横向地震荷载更为显著,但竖向地震荷载产生的压应力值远较横向地震荷载的为小;而横向地震荷载比竖向地震荷载更容易引起最大剪应力集中,即更容易导致石窟的破坏.     

地震与水平环境荷载下风电单桩基础动力响应分析

为探究复杂环境荷载和地震共同作用下饱和场地中单桩基础的动力响应,文中采用有限差分整体时程数值分析方法,对饱和砂土场地中海上风电单桩基础在水平环境荷载与地震荷载联合作用下的动力响应进行了非线性分析。通过与离心机试验结果对比,验证了所建立的数值分析模型的合理性与有效性。基于数值计算结果,对地震单独作用和水平环境荷载-地震联合作用2种工况下海上风电单桩基础的动力响应规律差异进行探讨,并进一步分析了上部结构质量、埋深等对联合荷载作用下单桩基础动力响应的影响。研究结果表明,在海上风电单桩基础结构设计中应考虑水平环境荷载与地震联合作用的影响,且应将桩的埋深作为重要设计参数加以考虑,而结构质量对联合荷载作用下海上风电单桩基础结构体系响应的影响较小。     

地震动对锚索桩的响应特性研究

汶川地震震害调查表明使用预应力锚索的桩板墙变形协调性好,抗震性能高,但目前在预应力锚索桩板墙的抗震设计理论研究方面仍比较落后。鉴于此,利用FLAC3D对预应力锚索桩板墙的地震响应特征进行研究,包括桩身土压力分布、桩身变位及锚索内锚段应力的动力响应特性等,并通过改变地震动参数进行多种工况的分析,系统研究地震动参数对桩-土-锚动力耦合相互作用规律的影响。研究成果可加强对预应力锚索桩板墙抗震表现的认识,也为深化抗震机理研究提供可靠的依据。     

地震荷载下莫高窟围岩动态损伤特性研究

本以敦煌莫高窟为研究对象，阐述了地震荷载下洞窟围岩动态损伤的影响因素；采用动力有限元法。从地震动特性入手。分析研究了地震作用对洞窟围岩及其附属构筑物可能造成的损坏，为石窟物地震安全评估及防灾对策研究提供了依据。     

地震荷载下龙门石窟围岩变形破坏机制的数值模拟

以洛阳龙门石窟为研究对象,阐述了地震荷载下洞窟围岩损伤的影响因素;采用动力有限元法,从地震动的不同工程特性、不同输入方向等方面入手,分析研究了不同地震作用下洞窟围岩的位移、速度和应力动态变化特征,并指出了围岩内振动位移、速度最大值以及应力集中出现的地方,对有无裂隙两种情况下围岩的位移、速度和应力值进行了对比。最后,根据岩体强度和莫尔—库仑破裂准则,分析了围岩在不同地震作用下可能出现的拉性、压性以及剪性破坏,为石窟文物地震安全评估及防灾对策研究提供了依据。     

考虑土-结构相互作用的风力发电机塔架地震响应分析

利用有限单元法建立用弹簧阻尼单元近似模拟土-结构相互作用的风力发电机塔架结构模型.采用更新的拉格朗日增量有限元格式,逐步积分的Newmark法求解,通过算例分析了多维地震荷载作用下风力机塔架结构的时程响应规律,研究了P-Δ效应、竖向地震作用和土-结构相互作用的影响.分析得出:土-结构相互作用对风力发电机塔架结构的地震动力响应的影响不容忽视,在材料线弹性范围内竖向地震荷载和P-Δ效应对结构的动力特性影响较小.     

饱和软土自由场地地震反应特性振动台试验

为了解软土自由场地地震反应特性,开展饱和软土自由场地地震反应特性大型振动台模型试验。分别从模型体系自振特性、震陷位移及不同土层深度测点的加速度、动孔压比等动力响应指标方面,较为深入和全面地分析饱和软土自由场地地震反应规律、破坏机理。同时还分析模型箱的"边界效应"以验证试验土箱的合理性、有效性和测试仪器性能,并由此进一步确定模型地基有效工作区域。研究表明:(1)地震动作用下,饱和软土自由场地特征频率降低,阻尼增大;(2)饱和软土自由场地对水平输入地震波具有短周期滤波、长周期放大效应,且强震作用下地基失效并表现为减隔震作用;(3)饱和软土自由场地动孔压比优势区域位于浅埋土层,并随着输入地震动强度的增大,该区域动孔压比优势逐渐减弱。该研究可为非自由软土场地试验研究提供必要的技术经验。     

土-结构动力相互作用问题分析中地震动输入的一种新方法

为实现地震作用下土-结构动力相互作用问题的有限元模拟,需要在人工边界上完成地震动的有效输入,目前工程和科研中常用的地震动输入方法有两种:波动输入方法和振动输入方法。波动输入方法的模拟精度高,但实施上相对复杂且耗时,而振动输入方法处理简单,但模拟精度较低。针对应力型人工边界提出一种在人工边界上实现地震动输入的新方法,该方法通过对土-结构有限元模型中由人工边界节点及相邻节点组成的局部子结构施加自由波场位移时程并进行动力分析,从而直接获得可实现地震波动有效输入的等效地震荷载,然后在土-结构有限元模型的人工边界节点上施加等效输入地震荷载并完成动力计算,由此完成土-结构动力相互作用问题的地震动输入和地震反应计算。与原有波动输入方法相比,新方法避免了原方法需分别计算人工边界上自由场应力和由引入人工边界条件引起的附加力,以及需要根据不同人工边界面的外法线方向确定荷载作用方向等较为复杂的处理过程,具有等效地震荷载计算简便、地震动输入过程更易于实施的特点。采用均匀弹性半空间和成层弹性半空间一维地震反应算例初步验证新方法的正确性和可靠性。     

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

垂直向地震作用对节理岩体失稳破坏的影响

基于线弹性断裂力学理论分析了垂直向地震作用对节理岩体地震动力破坏的影响。在仅考虑峰值时,最不利的单向地震动加速度方向是水平倾向坡外,双向则依据破裂机制是拉剪或压剪,加速度分别是水平倾向坡外与向下或向上的组合。地震动的幅值、作用方向及双向地震动的组合都可使岩体的破坏机制发生转化,并且是突变的、不可逆的。较低峰值的双向地震动产生的应力强度因子可能大于较高峰值的单向地震动所产生的应力强度应子。在岩体节理分布特征和静态应力场一定的初始条件下,第一个导致岩体中产生破裂的地震动加速度幅值及其方向的组合唯一地决定了岩体不可逆破坏发展的方向、机制及最终的破坏特征,其复杂性远大于静力作用时的情况。对岩体地震动力破坏问题的认识应充分考虑垂直向地震动的重要影响。     

STUDY ON DYNAMIC RESPONSE AND INSTABILITY OF SOIL-ROCK MIXTURE DEPOSIT WITH DIFFERENT STONE CONTENTS AND SLOPE GRADIENTS

Soil-rock mixture deposit is an extremely heterogeneous loose rock-soil deposit formed since Quaternary, which is composed of blocks, fine-grained soil and pore with a certain engineering scale and high strength and has a certain stone content. These soil-rock mixtures accumulated on slopes have been completely destroyed and their mechanical strength is very low. They are widely distributed in the mountainous areas of Southwest China, which poses a great threat to the engineering. Earthquakes occur frequently in Southwest China, and the instability of soil-rock mixture deposit under seismic load is one of the important factors causing the damage to this type of deposit. The dynamic response of soil-rock mixture deposit under seismic load is an important index to study its instability mechanism under seismic load. Based on indoor shaking table model test, the influence of rock content and slope gradient on dynamic response characteristics of soil-rock mixture deposit was studied. In model tests, rock content is 30%, 40% and 50%respectively, and slope gradient varies from 20°, 30° and 40°. Two different seismic loading frequencies and three different excitation strengths were given. The peak acceleration(PGA)amplification coefficients in horizontal and vertical directions of soil-rock mixture deposit were analyzed under the change of rock content and slope gradient. The permanent displacement and deformation law of the top and foot of the slope of soil-rock mixture deposit were analyzed by model test. The experimental results show that the dynamic acceleration response characteristics of the soil-rock mixture deposits at the top and foot of the slope are different under different slope gradients and rock content conditions, and the horizontal PGA amplification coefficients of the soil-rock mixture deposits are also different. With the same seismic frequency and excitation intensity, the horizontal PGA amplification coefficient increases with increased slope gradient, and the rate gets faster. With the increase of stone content, the magnification coefficient of horizontal PGA decreases, and the higher the stone content, the slower the decrease rate of horizontal PGA magnification coefficient. When the slope gradient of soil-rock mixture deposit increases, the corresponding horizontal and vertical PGA amplification coefficients increase with the same seismic frequency and excitation intensity. The amplification coefficients of PGA in the vertical direction are different, but the overall magnification is weaker than that in the horizontal direction. The vertical PGA amplification coefficients of the foot, middle and lower parts of the slope are larger, while the vertical PGA amplification coefficients of the upper and middle parts of the slope tend to decrease. The higher the frequency of seismic wave is, the smaller the vertical PGA amplification coefficient corresponding to the same elevation will be, which indicates that the vertical PGA amplification coefficient is negatively correlated with the elevation. The variation trend of PGA magnification coefficient of soil-rock mixed deposit in vertical direction is different with the change of stone content. Under the same excitation intensity, the larger the slope gradient is, the larger the permanent displacement at the top of the slope will be, and the larger the rock content, the smaller the corresponding displacement at the top of the slope. The permanent displacement of the top of the slope is obviously larger than that of the foot of the slope, which indicates that the magnification effect of the top of the slope is obvious. After the vibration process and sliding of the landslide, the large-sized particles in the soil-rock mixture deposit move downward faster and slip on the surface of the deposit body. There was a very obvious phenomenon of particle sorting in the pile-up at the foot of the landslide body. The results of this study are of practical significance for the analysis of the dynamic response law of soil-rock mixture deposit under seismic load due to the change of rock content and slope gradient.     

非岩基厂址条件下核电厂标准化地基模型研究

核电厂标准化设计方法是节省核电建设成本的重要手段,开展非岩基厂址地基标准化设计地基模型的研究对拓宽核电厂地基适用范围有重要意义。首先,基于国内外典型软质岩和硬土厂址动参数的调研数据进行数理统计分析,归纳动参数随深度的变化规律,并通过归一化分析得到地基剪切波速剖面特征曲线,从而确定初步的标准化地基模型;进而,基于SuperFLUSH/2D Ver6.0软件开展初步标准地基模型的地震反应分析,以最大加速度随深度变化与加速度反应谱为考量指标探究动参数变化对于地震反应的影响程度及规律;最后,依据初步地基模型的剪切波速剖面的相似性及包络性,定义软质岩和硬土厂址条件下的核电厂标准化地基模型,并给出相应的动参数合理取值。该模型及研究成果可为我国“核电走出去”战略中主力堆型的核电厂标准化设计提供重要的参考。     

Nonlinear seismic response analysis of arch dam-foundation systems- part I dam-foundation rock interaction

The arch dam–foundation rock dynamic interaction and the nonlinear opening and closing effects of contact joints on arch dam are important to the seismic response analysis of arch dams. Up to date, there is not yet a reasonable and rigorous procedure including the two factors in seismic response analysis. The methods for the analysis of arch dam–foundation rock dynamic interaction in frequency domain are not suitable to the problem with nonlinear behaviors, in this paper, so an analysis method in time domain is proposed by combining the explicit finite element method and the transmitting boundary, and the dynamic relaxation technique is adopted to obtain the initial static response for dynamic analysis. Moreover, the influence of arch dam–foundation dynamic interaction with energy dispersion on seismic response of designed Xiaowan arch dam in China is studied by comparing the results of the proposed method and the conventional method with the massless foundation, and the local material nonlinear and nonhomogeneous behaviors of foundation rock are also considered. The reservoir water effect is assumed as Westergaard added mass model in calculation. The influence of the closing–opening effects of contact joints of arch dam on the seismic response will be studied in another paper.