沥青混凝土心墙堆石坝三维地震反应分析

基于沥青混凝土的动力三轴试验资料,建立了相应的动力计算模型。采用三维有效应力动力分析方法,结合即将开工的某沥青混凝土心墙堆石坝,利用TSDA程序计算分析了坝体的加速度、动应力反应和大坝的地震永久变形,并对坝基细砂层在地震过程中的液化问题进行了研究,认为沥青混凝土心墙具有良好的抗震性能,大坝在地震过程中是安全的;坝基砂Ⅲ层可能发生液化,需要进行加固处理,分析结论可供同类工程建设参考。     

深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性,深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型,对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析,研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异,但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况,从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度;由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小,且坝体永久变形不大,可以不对坝体和坝基进行加固处理;坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大,有可能发生液化,因此,须采取相应的抗液化加固措施。     

堆石坝地震响应和地基液化分析

利用冶勒大坝已经获得的强震监测资料进行大坝坝体及覆盖层动力参数反演,采用三维非线性有限元动力分析方法,分析冶勒大坝在其已经遭遇的最大地震,即4级地震作用下的坝体动力加速度状况,并根据计算结果判别坝基覆盖层的液化情况,进而对冶勒大坝在所遭受的4级地震下的抗震安全性作出评价。其中坝体堆石料及覆盖层砂粒料静力计算时采用邓肯E-B模型,动力计算是采用Hardin模型,地震响应分析采用等价线性法。     

基于动土压力影响的坝基动剪切模量反演研究

对于土石坝的坝基中土体应力-应变关系的求解,由于非自由地表以及土体所受水平正应力变化的影响,理想一维剪切梁模型方法并不适用。利用下覆饱和砂土地基的土石坝离心振动台试验,分析了不同输入地震峰值下非坝体覆盖区地基、坝中、坝趾处土体加速度的响应规律,得到了坝基中上部土层动土压力在水平向的变化特征,提出了考虑水平向动土压力影响的坝基土体剪应力-剪应变反演计算方法,并与利用理想一维剪切梁模型所绘制的应力-应变滞回圈对比,分析了动土压力对坝基土动剪切模量的影响。结果表明：由坝基底部至坝顶,加速度的放大效应基本呈线性增大;土压力在水平向的变化情况在剪应力-剪应变反演计算中不能忽略;考虑水平向动土压力的影响后,土体剪切模量的计算值减小。随着深度增加,动土压力对坝基中部土体剪切模量的影响比上部土体更大,且计算相对误差随着深度和输入地震波峰值加速度的增加而变大。     

深厚覆盖层潜蚀对大坝应力变形影响的有限元模拟

深厚覆盖层坝基潜蚀不一定导致坝基的渗透破坏。但坝基砂砾石土内部细颗粒的流失,一方面会增大土体的渗透性;另一方面可降低土体的强度和变形模量。前者导致坝基坝体渗流场的变化,从而引起坝体变形和应力变化,后者变形模量衰化,导致坝基坝体变形和应力调整。潜蚀造成的坝基和坝体应力变形对大坝的正常使用和安全性带来一定负面影响,定量评估这种影响是内部不稳定砂砾石深厚覆盖层坝基采用悬挂式防渗墙处理方案设计和该类大坝运行管理的迫切需求。提出了潜蚀对大坝应力变形影响的模拟方法,对一个典型大坝设计方案进行了计算分析,该设计方案中潜蚀造成应力变形变化的两种机制中,渗流场变化机制对坝基坝体的应力变形改变远大于模量衰化造成的影响。总体上该方案潜蚀造成的坝体变形和应力变化并未显著降低坝体的安全性。     

水库围堤地基液化有效应力动力分析

利用基于Biot方程耦合场分割算法的ANSYS有限元软件二次开发形成的岩土工程有效应力分析模块,对某水库围堤坝基进行了液化震陷分析。计算中选取具有代表性的堤坝断面建立二维有限元模型,并采用上海50 a超越概率10％的人造地震波加速度-时程作为基底输入地震。计算得到围堤孔隙水压力与有效应力比的分布情况以及震陷分布情况。分析结果表明,坝基中心部位的孔隙水压力比要比坝脚两侧的孔隙水压力比小,坝基中心部位可以不进行地基处理。该方法可为今后其他类似工程的设计和施工提供参考。     

杭州钱塘江防洪堤抗震分析

通过动力试验研究了杭州钱塘江防洪堤基的动力特性,并用原位和室内分析法判别了堤基液化的可能性,在有限元分析时,改进了工程上常用的排水有效应力动反应分析方法,在地震期间采用Biot动力固结方程进行动力分析,可以同时考虑地震期间孔压的上升及固结消散对防洪堤的抗震液化和稳定性进行分析。采用非线性成层地基反演技术,反演分析基岩地震加速度曲线,对堤坝地震反应进行分析。地震响应的各种结果对于了解今后防洪堤在地震期间的运行状态具有一定指导意义。     

地震作用下桩竖向抗震承载力的退化效应

在地震荷载作用下，由于土体振动孔隙水压力的产生，桩的竖向承载力将发生退化，基于桩的竖向承载机理以及地震作用下土的有效应力状态变化，提出了桩竖向抗震承载力退化效应的应力动力分析方法，分别建立了地震作用下极限桩侧阻力和极限桩端阻力的退化计算模型，最后应用该方法对液化砂土地基上的桩基进行了竖向抗震承载力退化计算。     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

考虑Gmax附加衰减的场地地震响应离心机试验数值模拟

在常规的场地地震响应有效应力分析法中,通常只考虑Gmax随有效应力和孔隙比的变化,而最新的试验研究表明,Gmax在大应变幅振动下存在附加衰减。收集了不同类型土体在大幅振动下的298组Gmax数据,拟合并给出了对应于两种Gmax附加衰减模式的计算模型,通过编制可考虑Gmax附加衰减影响的一维场地地震响应有效应力分析程序,分别对典型场地和离心机振动台模型场地的地震响应进行分析对比。结果表明：Gmax附加衰减对场地加速度和剪应力响应均有较大影响,将加速场地液化进程和扩大场地最终液化范围;考虑Gmax附加衰减可较好地模拟动力离心模型试验场地动力响应;但在强震情况下,场地迅速液化,Gmax附加衰减对场地动力响应的影响反而减弱。     

循环荷载下复合筒型基础地基孔隙水压力变化及液化分析

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下,复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载,并将风浪流荷载合理叠加,采用三维有限元方法分析了风浪流联合作用下复合筒型基础地基动力响应规律。同时对复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化规律及液化范围进行了系统分析,通过分析发现：复合筒型基础附近海床液化深度随着饱和度、渗透系数、波浪周期、水深的增大而增大,随着泊松比的增大而减小。     

考虑止水帷幕的深基坑降水预测解析计算

提出止水帷幕条件下的深基坑降水预测的解析算法。以武汉长江航运中心深基坑为实例,概化其水文地质模型,以现场抽水试验数据分析止水帷幕的止水效果。基于此,修正非完整型干扰井群降深公式,结合镜像法原理编制计算程序进行降水预测解析计算,并与实测结果和数值模拟结果分别进行对比验证。研究表明：所概化的水文地质模型为承压含水层,东侧止水效果最差,南侧止水效果不如北侧,西侧止水效果最好。按原布井方案进行降水解析计算发现,在基坑南侧将达不到安全降水的目的,当增加2口降水井后降水效果有所改善,与实测结果和数值模拟结果基本一致。研究成果可指导工程设计,具有一定的实际应用价值。     

软土基坑隔水帷幕渗漏检测技术

隔水帷幕渗漏是影响软土基坑稳定性的关键问题。针对隔水帷幕渗漏检测技术,开展了数值模拟和物理模型试验,深入研究了不同采集装置类型三维电阻率法和探地雷达法对渗漏异常的反映能力及在探测剖面上表现出来的异常特征,给出了判断帷幕是否渗漏和确定渗漏点位置的解释方法。结果表明:温纳装置、偶极装置和温纳-施龙贝格装置都能有效反映渗漏点的存在;降水后帷幕未发生渗漏时,与基坑外侧软土含水层相比,内侧软土层电阻率表现为高阻异常;帷幕渗漏后基坑内侧底部软土层电阻率降低,外侧电阻率升高,并呈现漏斗状异常,两侧低阻异常与帷幕的交叉点可正确指示渗漏点位置;帷幕发生渗漏后,基于基坑外侧的探地雷达探测剖面中会出现双曲型反射波同相轴,通过其顶点可确定渗漏点的位置。研究结果证实了两种地球物理手段开展软土基坑隔水帷幕渗漏检测的可行性。     

基于ANSYS二次开发的水库围堤地基液化分析

基于ANSYS有限元软件二次开发,对某水库围堤地基进行液化分析.选取具有代表性的围堤断面建立二维有限元模型,计算得到场地建围堤前后孔隙水压力与有效应力比的分布情况以及建围堤后坝体的震陷分布情况.计算结果表明,地基中心部位的孔隙水压力比比两侧的孔隙水压力比小,围堤地基中心部位可以不进行地基液化处理,堤脚压重可以有效地降低液化程度.该成果可作为其他类似工程设计的参考.     

落底式止水帷幕条件下基坑涌水量计算研究

涌漏点的存在使得落底式止水帷幕条件下基坑涌水量的计算成为一个有待解决的技术难题。在承压含水层中开挖落底式深基坑时,针对落底式止水帷幕渗漏的不确定性,建立承压含水层中落底式基坑非完整井降水水文地质模型。基于Theis非完整井非稳定流理论,结合映射原理,推导等效渗透系数计算公式,并提出涌漏系数法用以评价落底式止水帷幕隔渗效果以及计算基坑涌水量。以武汉某深基坑降水工程为例,采用该方法评价止水帷幕的隔渗效果以及对其基坑涌水量进行计算,并与实测结果和传统方法计算结果分别进行对比验证。结果显示涌漏系数法计算误差较小,且计算过程简便,兼具安全性和经济性。研究结果可应用于指导工程设计,具有一定实际应用价值。     

可液化地基上地铁车站结构地震反应特征有效应力分析

采用Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型描述土体的液化特性,采用Davidenkov黏弹性本构模型描述土体的非线性特性,建立了可液化地基-地铁车站结构非线性静、动力耦合相互作用的二维分析模型,采用动力有效应力分析方法对可液化地基上两层三跨岛式地铁车站结构的地震动反应进行了数值分析,并与动力总应力方法分析的结果进行对比,结果表明：地铁车站结构两侧及底部邻近位置的土体较易液化,地基土的液化对地下结构邻近地表的加速度反应有明显的影响,且在地基土液化的影响下地下结构有明显上浮的趋势,并呈现出中部上凸的变形特征,地下结构的破坏型式为上层顶板和底板两端的受拉破坏、下层底板边跨跨中的上拱弯曲破坏、中柱的受压破坏、侧墙底端的弯曲破坏。     

基坑降水—回灌共同作用下地下水浸润曲线求解研究

基坑工程中,通常采用地下水回灌措施降低降水对周边地质环境产生的不良影响,然而目前基坑降水—回灌的相关设计理论仍处于探索阶段。本文通过引入平面二维流势函数理论和叠加原理,分别求解得到了无止水帷幕工况下潜水完整井和承压完整井在降水—回灌共同作用下的地下水浸润曲线方程;此外,本文通过空间汇点原理和镜像原理分别求得基坑内降水和基坑外回灌对基坑外地下水位的影响,并运用叠加原理得到了有止水帷幕工况下,深基坑降水—回灌作用下的地下水浸润曲线解析式。本文利用得到的解析式探讨了在具有止水帷幕条件下回灌井距基坑围护结构的距离、渗透系数等主要因素对浸润曲线的影响,为基坑降水—回灌设计提供了参考依据。     

南通市南山湖综合楼基坑工程降水数值模拟分析

基坑降水的成功与否,关系到整个基坑的安全。南通市南山湖综合楼基坑开挖过程中虽建立了止水帷幕,但仍需对基坑降水的方案进行安全评估。采用MIDAS/GTS数值分析软件建立三维渗流模型,通过对现场单井抽水试验进行模拟分析,综合地勘报告中室内试验渗透系数和抽水试验的渗透系数,反向推演出符合工程实际的渗流边界函数和渗透系数;然后利用反推得到的计算参数,建立三维渗流模型,模拟群井抽水状态下水位降深与时间的变化关系,对群井降水效果进行分析,验证降水井设计是否合理,指导基坑土方的开挖。     

Liquefaction analysis and damage evaluation of embankment-type structures

The increasing importance of performance-based earthquake engineering analysis points out the necessity to assess quantitatively the risk of liquefaction of embankment-type structures. In this extreme scenario of soil liquefaction, devastating consequences are observed, e.g., excessive settlements, lateral spreading and slope instability. The present work discusses the global dynamic response and interaction of an earth structure-foundation system, so as to determine quantitatively the collapse mechanism due to foundation’s soil liquefaction. A levee-foundation system is simulated, and the influence of characteristics of input ground motion, as well as of the position of liquefied layer on the liquefaction-induced failure, is evaluated. For the current levee model, its induced damage level (i.e., induced crest settlements) is strongly related to both liquefaction apparition and dissipation of excess pore water pressure on the foundation. The respective role of input ground motion characteristics is a key component for soil liquefaction apparition, as long duration of mainshock can lead to important nonlinearity and extended soil liquefaction. A circular collapse surface is generated inside the liquefied region and extends toward the crest in both sides of the levee. Even so, when the liquefied layer is situated in depth, no significant effect on the levee response is found. This research work provides a reference case study for seismic assessment of embankment-type structures subjected to earthquake and proposes a high-performance computational framework accessible to engineers.     

板桥学校液化带工程地质条件及液化土层特性

砂土液化是地震主要次生地质灾害之一。在512汶川地震中,德阳等地发生较大面积砂土液化现象。为详细了解液化带工程地质基本特征,选择板桥学校液化带进行详细液化震害调查、钻探和现场试验。结果表明:（1）液化震害典型,主要包括喷水冒砂、地表裂缝、侧移和基础下沉等;（2）砾石层是唯一的无粘性土层,砾石层分为性质不同的全新世沉积和更新世沉积两部分,未见砂层分布;（3）液化土层是全新统砾石层,该砾石的颗粒大小分布特征表现为级配不良,并有粒组缺失现象;（4）非液化盖层对喷出物有过滤作用,砂粒等细颗粒容易沿裂缝喷出地表,卵砾石等粗颗粒受阻留在土层中,导致喷出物为砂土。