结构-基础-土-河流相互作用地震反应分析

为了研究不同基础形式下河水对成层软土地基上建筑物地震反应的影响,构建了结构-基础-土-河水体系动力相互作用的非线性完全有限元计算模型,在考虑土体重力的前提下,对筏片基础、桩筏基础、箱形基础、桩箱基础相互作用体系进行了时域数值分析。计算结果表明,建筑物靠近河水时,筏基和箱基体系顶部位移发生了向河水一侧的偏移,而采用桩基和桩箱基础时其偏移度明显减小。同种基础形式下,建筑物距河水越远,其框架剪力峰值越大,而不同基础形式的同种工况,桩箱基础时柱剪力最大,筏片基础时最小。单纯筏基和箱基时,基础周围土体均大量进入塑性,上部结构仍保持弹性;而采用下部有桩基础的筏基或箱基时,地基土体只有很少量进入塑性,上部框架结构进入了塑性。     

库水-淤砂层-坝体-坝基体系地震响应分析

针对我国西部水利工程结构面临的地震安全问题，特别是混凝土高拱坝的抗震安全设计，以小湾水电站混凝土高拱坝为研究对象，进行了库水-淤砂层-坝体-坝基体系的耦合动力分析，同时考虑了复杂的坝基地形、正常蓄水位的库水以及常年运行而堆积的淤沙层的影响。主要内容有：(1)基于传递矩阵法及二维有限元，实现了复杂峡谷地形的自由场计算；(2)基于水-饱和多孔介质-固体的统一计算框架，实现了库水-淤沙层-坝体-坝基体系的三维地震响应分析算法。最后，分别以脉冲波和地震波作为输入，探讨了小湾拱坝的地震响应规律及库水淤沙层对拱坝地震响应的影响。结果表明：坝体顶部中心区域会承受较大的拉、压应力；而库水底部淤砂层对坝体的位移及应力影响并不显著。     

高速铁路桥梁-桥墩-桩基础-地基耦合系统的地震反应

高速铁路中的桥梁常采用灌注桩基础以控制沉降,地震作用是桩基础的设计工况之一。建立桥梁-桥墩-桩基础-地基为一体的耦合系统非线性三维数值分析模型,以典型地震波为输入,考虑上部结构和基础的共同工作、土-结构动力相互作用、材料非线性和土层对桩的侧阻及端阻作用,开展三向地震作用下的动力有限元计算,并对地基主要土层压缩模量、桩体材料弹性模量、桩径和桩长进行参数敏感性分析。计算结果表明:现行的桩基础设计方案能有效控制地震荷载作用下桥梁的变形;地震过程中的不同时刻,桩侧阻发挥程度不同且不可忽略,以单纯的梁单元模拟桩的动力学行为的适用性值得商榷;桩长和地基主要土层压缩模量对桥梁地震反应影响最大,桩体材料弹性模量的影响次之,桩径的影响最小。     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.     

反射-反射波

在断层发育地区,记录上常见一种强度较大,视速度较正常反射低的波与反射波相干涉。经过分析,说明这种波是反射一反射波.反射一反射波有两种类型:一种是先在地层面反射,后在断层面反射;另一种先在断层面反射,后在地层面反射.文中讨论了两种反射一反射波的运动学特征,并初步讨论了它有较大强度的可能原因,指出了利用这种波可以确定断稜位置.     

地裂缝-隧道-围岩动力相互作用模型试验研究

为了研究在地铁列车振动荷载情况下盾构隧道-地裂缝-围岩相互耦合作用下的场地灾害效应,从西安地裂缝地质环境和西安地铁2号线的实际工程背景出发,采用相似理论设计了相似比例尺为1∶5的物理模型试验,对盾构隧道、围岩材料、地裂缝等进行了合理设计。基于偏心块的振动原理,课题组自主研发了列车激振器来模拟地铁列车荷载,激振方式采用移动荷载激振方式,分析在不同列车车速和激振频率下地裂缝两侧土体的加速度变化情况,以此来研究地铁隧道-地裂缝-围岩系统在地铁振动荷载作用下的动力响应规律。结果表明,列车振动向下传播时振动衰减的幅度要小于向上传播衰减的幅度,由此为实际工程中减少地铁振动灾害效应技术的发展提供了理论支撑。     

复杂结构-桩-土振动台模型试验数据分析

本文从分析复杂结构-桩-土振动台模型试验数据入手,用加速度动力系数、最大位移、最大正应变、最大动土压力等指标对结构的地震响应全面分析,并对比桩、地下结构、地上结构的不同响应,研究发现:结构不同部分最大地震响应发生的频率不尽相同,且受地震动频谱特性及自身频率影响,天津波加载时结构的地震响应较大;地表以下,当震级较小时,土-结构对地震动起放大作用,随着震级的增加,对地震动放大作用减缓甚至减小;最大位移随结构高度增加逐渐增大,在桩与地下结构交界处和地表处,位移改变较大;地下结构柱、桩最大正应变呈中间大、两头小分布;最大动土压力随着深度增加呈两头大、中间小分布,且地表处最大;总的土压力受最大动土压力影响较大,随深度增加有先降低、后增大的趋势.     

荥经-马边-盐津断裂带新活动特征分析

分析了荥经-马边-盐津断裂带地震活动特征,提出荥经-马边-盐津断裂带具有明显的分段活动特征,在活动时代、活动强度上具有明显的北老南新和北弱南强的特点;其地震活动呈现小震活动密集;中段为典型的震群型活动区;南段为强度较大的强震区,但北段的地震活动的频度和强度都相对较弱.并提出了该断裂带新构造活动与地震相关性是值得研究的问题,并对该地区今后的防震减灾工作提出一些建议.     

奉化-丽水-庆元断裂第四系活动性研究

奉化-丽水-庆元断裂是浙江省内一条重要的北东走向断裂,自北向南穿越了浙江省大部地区,研究其活动性能为划分浙江地区潜在震源区以及重大工程的抗震设防提供科学依据。通过野外地质调查、物探等大量工作,结合对该断裂附近历史地震及现代小地震活动性分析,认为该断裂的宁波段、庆元段为晚更新世早期活动断层,具备5～6级地震的发震构造条件,其它地段地震构造相对稳定,发生5级及以上地震的可能性不大。     

岩石圈-大气层-电离层电磁波导特征值问题研究

岩石圈-大气层-电离层耦合(Lithosphere-Atnlosphere-Ionosphere Coupling)的研究,是揭示地震孕育和发生过程中出现于地面、大气层和电离层的各种异常现象及其产生机理的基础,对深刻认识震前异常物理现象,改善地震监测方法和地震短临预报等方面有本质上的重要性.     

地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。     

车-桥-墩耦合系统演变随机振动分析

将梁简化为两端简支的欧拉-伯努利梁模型,桥墩简化为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励,建立了移动车辆系统-桥-墩的耦合力学分析模型。根据子结构方法和演变随机过程一般理论,并应用模态分析法对车-桥-墩耦合系统进行随机振动分析,推导得到了桥墩位移、桥墩轴力、梁竖向位移协方差函数和均方值响应的理论计算公式。通过数值算例,比较了跨中位移的确定性响应和跨中位移的均方根值响应,讨论了在不同桥墩高度、不同车辆移动速度、不同桥面等级下桥梁跨中竖向位移均方根、桥墩轴力均方根的变化规律。     

耀斑-激波的南-北非对称性传播

本文根据宇宙线Forbush下降幅度随源耀斑纬度分布的新近结果,采用无量纲化的MHD平面斜激波跃变条件,推算得到子午面内一种可能的耀斑-激波模型。发现耀斑-激波在太阳子午面内的传播相对耀斑法线方向是非对称的,激波面后的动力学参数与磁场具有截然相反的非对称性分布;激波传播的最快方向倾向日球电流片方向。该模型可以解释太阳耀斑-地磁、宇宙线效应中的南-北非对称性现象,有助于了解高速等离子体和非均匀背景场之间的相互作用过程。     

兰州-西安-郑州电导率异常带

根据磁暴急始和湾扰变化,发现沿兰州——西安——郑州有一条垂直分量接近于零的过渡带,反映其下存在一条电导率异常带或高导带,本文称之为兰州——西安——郑州电导率异常带.考察沿线的地质和地球物理特征表明,异常带处于特定的构造、地震和地热环境中,推测沿异常带是一地壳软弱带或次板块边界,还推测地磁异常可能与电流通道效应有关.      

三河-涞水-灵寿新生地震构造带

通过对地震、 地质和地球物理等资料的分析, 发现华北平原西北部于三河、 涞水、 灵寿一线存在一条地震构造带。 该地震构造带在华北地区公元1000年以来的第三地震活跃期内地震活动最为强烈, 记有8级地震1次, 6级多地震3次和数次5级左右的地震。 这条地震构造带斜穿渤海湾盆地内早第三纪形成的大兴隆起和冀中、 北京等坳陷, 是一条晚第三纪以来新发育的构造带。 此带的发现使华北平原的地震构造格局更加完善。     

桥梁-桩-土相互作用三维地震反应分析方法

利用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,提出了一种大跨度斜拉桥在地震作用下考虑SSI效应的三维整体时程反应分析方法,比较了考虑桥梁结构线性和非线性两种情形的计算结果,并对其计算效率进行了探讨。     

土-桩-钢结构相互作用体系的振动台模型试验

本项试验是研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响的系列振动台模型试验的组成部分,主要目的是提供相应的对比试验数据。在这组试验中,突出的问题是TLD、上部被控结构和土层三个子系统模型基频间的协调。为了尽可能降低土层模型基频,文中采用了一种具有低剪切波速特性的土层模拟介质。最后,通过土-桩-钢结构系统的振动台模型试验,研究了土-结构相互作用对钢结构动力特性和地震反应的影响。     

土-桩-钢结构-TLD系统振动台模型试验研究

通过系列振动台模型试验,研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响。文中首先提出试验模型设计中应考虑的几个主要问题及解决方法,然后介绍土-桩基础-钢结构-TLD相互作用体系的试验成果,分析TLD的减震效果,最后与刚性地基上钢结构TLD减震试验结果相比较,揭示土-结构相互作用对TLD减震效率的影响特点。试验结果表明:土-结构相互作用使得TLD减震效率降低,这一削减作用受到输入地震动的频谱特性和强度的影响。因此,对于建在土层场地上的结构进行TLD减震设计时,应充分重视工程场地条件和地震动特性等实际情况。     

极端气候事件-移民开垦-政策管理的互动

根据1661~1680年东北地区逐年人丁增长和起科耕地面积、相关政策与气候变化信息, 分析了东北地区的移民开垦与华北水旱灾事件的互动关系, 为认识极端气候事件的异地响应提供了实证. 发现: 1661~1680年间东北的移民开垦是对华北旱灾事件的异地响应, 1665~1680年移民开垦高峰期总体上对应于直隶、山东的1664~1680年的旱灾频发时段和东北的少灾期, 其间3次移民垦殖的峰值分别对应于3次干旱事件, 只是土地开垦高峰期比华北旱灾频发期一般落后1~2年左右. 1668年停止招垦、实行封禁政策是满清政府对华北灾害引起的大规模移民的响应, 该政策虽未能完全阻止流民的纷纷出关, 但确实起到了降低移民垦殖规模的效果, 使东北地区的开发至少推迟了200年. 1670年代起科年限的频繁变化等政策调整也是对气候灾害事件的响应行为. 气候灾害-移民开垦-政策构成了一个有机联系的响应链, 体现出气候变化影响与政策响应的互动性.     

印度-欧亚碰撞与洋-陆碰撞的差异

观测的证据充分表明，印度——欧亚的缝合带雅鲁藏布江上存在自南向北的地壳俯冲带，它穿过莫霍面，深度大约达到100 km. 喜马拉雅中可能存在多重的地壳俯冲. 它们有别于海洋碰撞时所产生的整个岩石圈俯冲. 作者观测到雅鲁藏布江以北上地幔的板片构造，它可以解释为印度向欧亚俯冲时上地幔岩石圈的痕迹. 它们说明与洋——陆的俯冲不同，印度向欧亚俯冲时，地壳与上地幔岩石圈出现拆层现象. 综合现有的地壳上地幔构造，显示在不同地质年代中，印度与欧亚之间产生自南向北以及自北向南相反方向的俯冲，而且俯冲带周围出现某些速度异常区.