夯土长城墙体掏蚀失稳机理研究

基于明代夯土长城甘肃山丹段的野外现场调查和室内试验建立了夯土长城掏蚀墙体稳定性分析模型和动力时程分析模型,计算分析了夯土墙体在自重和地震作用下墙体的稳定系数和动力响应规律。结果表明:在自重作用下掏蚀墙体稳定系数是掏蚀深度的二次函数,山丹段墙体在自重作用下处于稳定状态,墙体最大掏蚀深度为0.778 m;山丹段墙体掏蚀深度小于极限掏蚀深度,仍能抵御8度地震作用;夯土墙体峰值加速度最大值出现在墙体掏蚀部位顶侧,比墙根峰值加速度大1.28倍。本文研究成果可为河西地区土遗址保护提供参考。     

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

玉门关段汉长城墙体结构抗震性能研究

基于野外调查和室内试验建立了玉门关段汉长城结构的三维动力分析模型,其中以长城墙体结构中的夯土层、芦苇层和芦苇绳为主要研究对象。采用有限差分法计算了该段长城结构在地震动作用下的抗震性能。计算结果表明:在自重作用下,芦苇层与夯土层变形机制相互补充,芦苇绳的拉结作用明显,整个墙体变形合理;从墙体底部到顶部,地震波的高频成分减少,低频成分增加;在强震作用下,墙体芦苇层的最大应力远小于单根芦苇纤维的抗拉强度,处在比较安全的状态;采用格栅单元和锚索单元分别模拟芦苇层、芦苇绳是合理的。研究成果可为河西地区土遗址保护提供参考。     

双洞八车道大断面隧道地震动力响应数值分析

为研究双洞八车道超大断面隧道在地震力作用下的动力响应特征,以平潭综合实验区牛寨山隧道为工程背景,建立双洞八车道隧道的三维有限元数值计算模型。采用时程分析方法,在模型底部输入水平向地震动荷载,计算隧道结构在地震动荷载作用下的响应,包括位移、加速度及应力的变化。结果表明:最大水平和竖向位移出现在拱顶处,南线浅埋隧道整体呈剪切响应;隧道最大水平加速度出现在南线隧道拱顶偏左处,最大垂直加速度出现在南线隧道拱顶偏右处,南线隧道洞口由于浅埋,关键部位响应差较北线要大;南线的右拱肩埋深最浅,该部位拉应力最大,而北线拱顶的拉应力区最大,拱脚也出现明显的拉或压应力。建议在隧道洞口段的拱顶、拱脚及埋深最浅的部位应加强抗震设防。     

反应谱理论及其在电阻架抗震分析中的应用

以高压绝缘电阻架为研究对象,基于振型分解反应谱理论,建立了三维梁壳单元有限元分析模型。结合电阻架的动力特性和地震响应谱,并计入结构阻尼对地震反应的影响,进行了电阻架的模态分析和反应谱分析,得到了电阻架在双向水平与扭转地震偶联作用下的位移、速度、加速度响应以及应力。分析结果表明,电阻架位移和速度的最大响应点在最顶层电阻器上,加速度最大的位置在铜管。地震响应的应力评定满足结构强度要求,该方法为电阻架的抗震设计提供了参考及依据。     

位移谐波激励下拱顶锚固储罐的动力响应分析

地震中拱顶锚固储罐的破坏将造成严重的后果,研究其地震作用下的动力响应特性具有一定工程意义。以位移简谐波为水平激励,运用AD INA有限元软件对一座3 000m3的拱顶锚固储罐模型进行动力数值模拟,系统分析了储罐内液面晃动波高、动水压力极值、罐壁应力、拱顶应力、拱顶位移等动力响应结果,将以位移谐波激励和以加速度谐波激励的储罐动力响应结果进行比较。分析表明,位移谐波激励下拱顶锚固储罐的液面晃动波高受场地影响较大;储罐应力分布具有一定规律性;采用位移谐波激励时其应力、位移和动水压力等较采用加速度谐波激励时大,液体晃动波高较小。     

水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析

为研究水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性，本文以某高填方边坡工程为背景，利用GeoStudio2012有限元分析软件建立模型进行分析，并对比分析多级高填方边坡与单级填方边坡动力响应结果。计算结果表明，边坡坡面和挖填交界面上动力响应规律表现为:位移幅值基本随着高程的增加而增加；速度幅值随着高程的增加先增大后减小再增大；加速度幅值随着高程的增加有减小趋势；多级高填方边坡动力响应规律与单级填方边坡动力响应规律不同，单级填方边坡位移幅值、速度幅值、加速度幅值均随着高程的增加递增；地震波在坡体内传播时，随着高程的增加具有滞后性。边坡稳定性随着地震加速度峰值的增大有所下降，相比静力作用，水平地震作用下边坡稳定性下降明显。本文相关研究可为西北地区黄土高填方边坡工程抗震提供一定理论依据。     

强震作用下某水电站高陡边坡的动力响应分析

基于ANSYS软件,对地处地震高烈度区域的西南某水电站引水隧洞洞脸高陡边坡进行三维动力分析,研究高陡边坡在地震作用下的动力响应特征。结果表明:在50年超越概率5%的罕遇地震荷载作用下,引水隧洞洞脸边坡对加速度的放大效应较对位移的放大效应更明显;边坡表面在地震作用期间会产生瞬时拉应力;坡顶开挖侧的地振动加速度较坡顶中央放大效应明显;在高程为94.8 m处的古风化壳和页岩的露头面可能会发生顺层滑动和破坏;边坡整体上可以经受住强震地震动的考验。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

地下管线三向地震动一致激励与非一致激励数值分析

基于某工业地下管道建立有限元模型,考虑管土相互作用和行波效应,综合分析在三向地震动一致激励与非一致激励下的管道动力响应结果,并且简单分析部分相关因素对管道动力响应结果的影响。结论如下:对于地下管道来说,非一致激励与一致激励作用下的位移响应曲线在峰值和形状方面存在较为明显的不同,具体表现为:非一致作用水平向位移远大于一致作用,而竖直向位移稍大于一致作用;对于应力响应,不管一致还是非一致激励,同一截面各处的应力响应有明显不同,并且总体来说非一致作用下较大;位于管道走向变化段、土层变化处和管道弯曲段的截面的位移响应峰值和应力响应一般会产生突变,说明这些因素对管道的动力响应具有较为明显的影响。     

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。     

考虑进洞高程效应的黄土隧道洞口段地震动力响应特征研究

通过大型振动台模型试验并采用Midas-GTS有限元软件进行模拟计算,研究黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征、破坏过程和地震波在模型中的传递规律,分析影响黄土隧道洞口段地震动力响应的主要因素。结果表明:边坡沿弧形开裂面的垮塌受坡脚剪切和坡顶拉裂的共同作用;边坡会对其卓越频率内的地震波产生明显放大效应,且在1/2坡高以上放大效应出现饱和现象;隧道临空面是影响隧道洞口段地震动力响应的主要因素。考虑进洞高程效应时隧道洞口段抗震设防长度可取距洞口5倍洞径范围。振动台模型试验与数值计算在位移、加速度、应力三个响应特征上吻合较好,证明二者结果合理可靠。研究成果可为隧道工程设计和地下结构抗震理论研究提供有益参考。     

单体土遗址地震动力响应分析——以山丹县刘富寨敌台为例

我国西北地区遗存有大量的单体土遗址,时刻遭受地震等各种灾害的威胁。因其种类繁多,形式各异,很难以一个确定性的模型或计算方式来获取较为准确的结论。为更好地研究及保护单体土遗址,以山丹县刘富寨敌台为例,采用FLAC3D软件对其进行地震动力响应分析,包括位移、应力以及地震波的加速度放大效应。研究结果表明:在实测双向地震荷载作用下,敌台产生了一定的永久位移,且以竖向位移为主(主要由水平地震荷载引起);敌台内部裂隙处产生了拉应力集中,且其接近抗拉强度;地震加速度放大效应随高度增加而强烈,以竖向加速度更为明显;裂隙对竖向位移的产生具有强烈的不利影响,同时裂隙处加速度放大系数最大,但会弱化相邻测点的放大效应。     

地震激励作用下锚固系统研究现状

地震激励作用下,柔性的锚杆支护体系与刚性的滑体合而为一,刚柔并济,协调系统位移与应力,主动抗震抗滑。基于以上优势,锚固边坡在高烈度地区广泛应用,其动力稳定性也成为近年来岩土工程领域研究的热点。通过分析锚固边坡的浅表动力效应、锚固体的动力响应、锚固体的破坏模式、锚固体的抗震机理及设计方法等4个方面发现,浅表动力效应研究和锚固体的动力响应分析研究成果相对较多、较成熟,但大都局限于位移、加速度、应力等单因素的分析,并没有具体到整个系统的动力响应过程;指出今后的研究方向更应趋向于整个锚固系统的动力响应过程、抗震机理及抗震设计理论,才能更好地为工程服务。     

考虑边坡进洞高程的黄土隧道洞口段动力响应数值模拟

利用Midas-GTS建立边坡-隧道结构模型,对宝兰客专黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征进行数值模拟研究,分析边坡进洞高程对洞口段动力响应的影响,在此基础上讨论隧道洞口段受力变形特征及其分布规律。研究表明:坡面最大位移随着仰坡坡度的增大而增大;仰坡坡度越大、进洞高程越高,隧道洞口段的衬砌变形就越大;坡面和衬砌加速度最大值随着仰坡坡度的增大而减小;当洞口段隧道长度Y≥60 m时,进洞高程越大,衬砌加速度越小。洞口段仰拱最大主应力整体大于拱顶最大主应力,但二者变化趋势基本一致;在洞口段0~20 m范围内,由于坡隧系统相互作用交互影响,衬砌结构受力情况较为复杂。     

地裂缝场地结构抗震设防避让距离研究

以西安地铁二号线沿线地质勘查资料为基础,借助ABAQUS有限元软件建立地裂缝场地与结构共同作用模型,将结构分别置于距地裂缝不同距离的位置,并施加El-Centro地震波,通过比较不同位置结构的层间位移角、框架柱剪力的变化情况,研究近地裂缝结构在地震作用下的工作特性,找出不同避让距离下的结构动力响应变化规律,并与地表峰值加速度的变化规律进行对比分析,为地裂缝场地结构的避让距离选取提供参考。结果表明:上盘结构层间位移角放大幅度为30%~41%,而下盘结构层间位移角放大幅度为18%~22%,上盘结构的破坏程度远大于下盘结构。随避让距离的增大,地表加速度峰值逐渐减小,结构破坏情况相应减弱,但地表峰值加速度表现出现较为平缓的线性下降,而其上部结构的峰值位移曲线则出现大幅度的下降,甚至在近地裂缝处产生突变,其最大层间位移角放大幅度由41%降为21%,地表加速度峰值的变化并不能完全反映出近地裂缝结构的动力响应规律。位于地裂缝场地的结构动力时程响应规律明显区别于普通场地上的结构,对位于地裂缝场地的结构进行抗震设计时应对水平地震影响系数最大值αmax进行调整。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

隔震层竖向刚度对高层基础隔震结构的影响

高层隔震建筑的隔震层在罕遇地震作用下会产生拉应力。本文通过对一栋20层的高层隔震结构,分别采用等拉压刚度模型和不等拉压刚度模型进行动力非线性时程分析,研究叠层橡胶隔震支座竖向刚度模型对高层基础隔震结构动力响应的影响。研究表明,超出线弹性工作范围后,竖向等拉压刚度模型将会低估隔震层的竖向位移量,低估上部结构的动力响应。     

高耸进水塔结构在地震作用下的动态响应分析

针对低周往返地震作用下的应力释放和应力调整规律,引入动态接触单元,采用El Centro地震动时程分析法,研究了接触非线性问题的高耸结构动态接触分析方法。对比分析弹性连接和动态接触方法的差异性,针对进水塔相互作用体系动力特性及响应影响规律进行讨论,将该模拟方法应用到5·12汶川地震作用下的紫坪铺1#泄洪塔工程。分析认为：考虑动态接触更符合地震作用下进水塔的实际受力情况;振动位移、速度、加速度更多地取决于地基特性,受上部结构刚度变化的影响不大;该塔体的整体稳定性可以保证,与震后复核结果相符。采用动态接触研究进水塔-岩体联合动力相互作用是十分必要的。     

煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响

为了研究煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响规律,基于工程结构波动理论,从地震的加速度和位移变化角度,对煤矿采空区的地震动力响应及其对地表的影响进行系统的定量分析;得出了煤矿采空区地震波的变化。根据结构动力学理论,建立煤矿采空区岩层的动力学方程,利用有限元软件定量地研究了在不同工况下煤矿采空区场地在地震作用下的响应规律,得出如下结论:煤矿采空区的存在降低了地表的位移和加速度峰值,明显改变了场地地表的动力反应特性。岩土介质的松散度和破碎度得到增加,降低了地表的地震动力响应。