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。     

季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析

为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能，基于热-动力理论控制方程，应用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型，对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明：无论是夏季还是冬季，加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加，在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，同一地震烈度地震波激震时，夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大，表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。     

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。     

核电厂进水口直立式翼墙结构地基三维地震响应分析

以某核电站海域工程进水口直立翼墙为背景,运用FLAC~(3D)有限差分程序对直立式翼墙结构在地震作用时的动力响应进行模拟,结合PL-Finn液化后大变形本构模型,研究翼墙结构在动力荷载作用下的动力响应规律。从结构的位移时程、结构变形、超孔压比、液化区域等方面定量评价翼墙护岸结构的安全性。分析结果表明:砂土液化后发生流动使结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大。由地震惯性力和砂土液化共同引起的水平和竖向变形,在SL1作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.05 m,竖向残余变形为0.07 m。在SL2作用下翼墙结构顶部水平残余变形0.26 m,竖向残余变形为0.16 m;与基底输入地震动相比,在翼墙结构顶部水平和竖直加速度放大4～5倍,且越靠近翼墙顶部处加速度呈现出明显放大效应。     

地震诱发低角度黄土-泥岩滑坡动力响应及变形分析

基于室内试验获取黄土滑坡的静力和动力力学强度参数,建立低角度黄土滑坡破坏大型物理模拟试验模型,结合FLAC^3D有限差分软件,分析黄土滑坡的动力响应规律和宏观破坏特性,阐明在地震作用下黄土滑坡的失稳演化规律,揭示黄土滑坡滑体运动迁移路径。结果表明：低角度黄土-泥岩滑坡在地震荷载作用下地震波水平方向和垂直方向均出现明显的放大效应;在黄土层内部,随着斜坡高度增加,坡肩和斜坡后缘加速度放大效应较为明显,对比坡脚、坡腰和坡肩处剖面上加速度放大系数,下伏泥岩对地震波产生一定的放大效应。松弛拉张裂隙,土体强度降低,接触面和坡肩、斜坡后缘处的拉张裂缝形成弧形滑移面,上覆黄土层由内向外依次连带下滑,坡肩处土体的下滑力和地震力促使坡腰土体大面积长距离滑动,最大滑动涉及范围长达200 m左右,土体下滑至坡脚发生堆积并产生隆起。数值模拟结果和振动台试验结果在动力响应和宏观变形破坏特征均呈现较高的吻合度。     

基于振动台试验的纯黄土边坡动力响应研究

黄土地区地震岩土灾害严重,本文以兰州新区一纯黄土边坡为原型,开展了大型振动台模型试验,研究纯黄土边坡在地震荷载作用下的动力响应规律与破坏机制。结果表明:与其他岩性或土性的边坡一样,纯黄土边坡表层加速度放大效应明显,在坡肩附近达到最大,呈现出高程效应即随高程的增加放大效应增强,同时放大效应也会随地震烈度的增加而增强,当烈度达到600 gal时,坡肩处放大系数最大为2.06;边坡表层土压力远小于与其同一高程的内部土压力,表层变化规律基本一致且随地震动的增加数值相差不大,在临空面上,坡脚附近土压力为最大,其值在0.7~0.75 kPa;随地震烈度的增加,边坡表面裂纹逐步由细小短裂缝演变为横向贯穿的深裂缝,在坡肩附近尤为显著,试验中,最大沉降约10 cm,坡肩最大水平位移为5~8 cm,模型边坡最终发生拉裂滑移式破坏。该研究结果可为纯黄土边坡在地震荷载作用下的稳定性研究提供一定参考。     

地震作用下新疆喀什高台民居基于变形控制的土遗址边坡加固设计研究

为验证地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的有效性,以新疆喀什高台民居土遗址边坡现有加固段为研究对象,利用有限元软件Midas/GTX NX建立三维动力分析模型,对地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的变形控制进行研究分析。结果表明:地震作用下土遗址边坡在坡顶与坡脚处产生严重的位移变形,且随着地震持时增加呈现累加效果;土遗址边坡加固后能有效控制水平方向与垂直方向的位移变形,最大位移变形值满足控制要求;土遗址边坡加固后地震作用下的稳定性系数提高至1.54,满足规范要求值1.15。研究成果验证了格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡能够有效控制位移变形,并提高稳定性。     

泉州盆地地震效应的二维非线性分析

基于ABAQUS显式有限元并行计算平台,采用大尺度二维精细化有限元非线性分析方法,研究泉州盆地地震效应特征.结果表明:(1)与基岩输入地震动相比,地表峰值加速度总体呈放大效应,且盆地不同位置的放大效应存在明显差异;(2)地表或基岩剧烈起伏及土层横向分布极不均匀处,地震动易产生局部聚集效应,相应地表地震动呈显著放大或缩小效应;地表加速度反应谱产生双峰甚至多峰现象.(3)在土层竖向、横向分布不均匀处,峰值加速度沿深度方向呈非单调递减,加速度反应谱沿深度存在较大差异.场地地震效应的二维非线性分析法能在一定程度上反映特殊场地条件对地震动效应的影响,该结果可为泉州盆地及类似盆地的场地设计地震动参数的确定提供参考依据.     

双层岛式地铁车站结构地震反应分析

以深圳某双层两跨岛式地铁车站为工程背景,考虑水平地震和水平、竖向地震耦合2种工况,采用ANSYS分析软件,研究SSI(土与结构相互作用)效应下结构的水平位移特征和内力响应规律.结果表明:与水平地震工况相比,耦合地震作用下结构最大内力增幅较大,由于竖向惯性荷载作用,产生最大内力位置不同;周围土体介质的变形与结构在震动中的变形关系密切;沿车站侧墙高度的相对水平位移在2种地震工况作用下的变化不容忽视,不可忽略竖向地震的影响,耦合地震作用下的相对水平位移可用线性曲线拟合.研究成果可为地铁车站的抗震设计提供参考.     

近断层竖向地震动P-Δ效应研究

竖向效应是近断层地震动的主要特点,竖向地震动对工程结构形成的P-Δ效应是造成结构破坏的主要原因。本文以单自由度体系为研究对象,选取汶川地震的近断层强震数据进行研究,分析竖向地震动所产生P-Δ效应的放大作用特征。分析结果表明汶川地震中,相比于中远场区域,近断层区域内竖向地震动作用所产生的P-Δ效应具有明显的放大作用,且近断层内这种放大作用具有普遍性;当自振周期一定时,不同台站获得地震动的放大系数离散性较小,主要分布于均值附近;其分析结果符合地震动的一般规律,分析结果合理。在此基础上建立了以均值为代表值的放大系数谱,可以与抗震设计反应谱结合使用,从而为活断层附近区域内的结构抗震设计问题提供定量化参考依据。     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题。本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素。将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱值,研究边坡几何形态对边坡地震响应的影响。结果表明,坡高对坡面的速度放大影响明显,坡角对坡面加速度放大效果较强,而不同的坡面形状会造成不同的加速度响应规律,凹面坡加速度放大效果更小一些。该研究有助于地震边坡的稳定性分析并为边坡工程的抗震设计提供参考。     

G7公路甘肃段爆破施工对土遗址震动影响的检测与分析

近年来土遗址受城市建设和交通施工损害的现象时有发生,对于这些人为因素对遗址的影响缺乏有效的检测与评估手段。本文基于G7高速公路的爆破振动观测,进行质点峰值加速度和峰值速度的衰减分析,开展爆破震动对附近明水军事要塞土遗址震动影响的研究。通过对竖向、水平向的振动加速度和速度的观测和数据分析,得出不同药量条件下,对应相同质点的震动峰值加速度衰减规律。提出了公路爆破附近土遗址震动控制范围和最大药量的施工建议,为爆破附近有土遗址的施工提供了数据支持,相应的结论和建议可以在同类土遗址保护中参考使用。     

Soil slopes under combined horizontal and vertical seismic accelerations

Conventional methods of designing earth structures are based on pseudo-static stability analysis employing a horizontal seismic coefficient. This paper discusses the stability and permanent displacement of a slope subject to combined horizontal and vertical accelerations. A log-spiral failure mechanism is used. It is shown that seismic force has a significant effect on stability and permanent displacement of slopes. The parametric study reveals that vertical acceleration may play an important role on stability and permanent displacement if the corresponding horizontal acceleration is large. © 1997 John Wiley & Sons Ltd.     

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。     

Assessment of the influence of horizontal diaphragms on the seismic performance of vernacular buildings

The awareness and preservation of the vernacular heritage and traditional construction techniques and materials is crucial as a key element of cultural identity. However, vernacular architecture located in earthquake prone areas can show a particularly poor seismic performance because of inadequate construction practices resulting from economic restraints and lack of resources. The horizontal diaphragms are one of the key aspects influencing the seismic behavior of buildings because of their major role transmitting the seismic actions to the vertical resisting elements of the structure. This paper presents a numerical parametric study adopted to understand the seismic behavior and resisting mechanisms of vernacular buildings according to the type of horizontal diaphragm considered. Detailed finite element modeling and nonlinear static (pushover) analyses were used to perform the thorough parametric study aimed at the evaluation and quantification of the influence of the type of diaphragm in the seismic behavior of vernacular buildings. The reference models used for this study simulate representative rammed earth and stone masonry vernacular buildings commonly found in the South of Portugal. Therefore, this paper also contributes for a better insight of the structural behavior of vernacular earthen and stone masonry typologies under seismic loading.     

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。     

A study of response spectra for different geological conditions in Gujarat,India

In this study, the effect of ground geology on the acceleration response spectra is studied at 32 sites in Gujarat, India. The sites are grouped into Proterozoic, Mesozoic, Tertiary and Quaternary. The normalized acceleration response spectra at 5% damping of 407 strong ground motions (horizontal and vertical components) recorded at these sites varying in magnitude from 3.0 to 5.7 are determined. The study shows that the shape of the acceleration response spectra is influenced by the regional geology and local site conditions. The peak of maximum horizontal spectral amplification is between 0.03 and 0.05 s in Proterozoic formations, 0.06 and 0.10 s in Mesozoic formations, 0.06 and 0.08 s in Tertiary and 0.12 s in Quaternary formations. The maximum vertical spectral acceleration is at 0.025 s in Proterozoic, 0.07 s in Mesozoic, 0.05 s in Tertiary and 0.10 s in Quaternary formations. The average acceleration amplification factor in all the geological formations is between 2.5 and 3.0 both in horizontal and vertical components. It has been observed that acceleration response spectra at sites having same geological formations are also influenced by local site conditions. The study shows that the acceleration response spectrum in the current Indian code applicable for the entire country underestimates the seismic forces at hard-rock sites and overestimates at soft-soil sites. Using recorded strong motion data with Mw ranging from 3.5 to 5.7, an attenuation relationship is developed at six periods to predict geometric mean of horizontal spectral amplitudes for rock and soil sites. The spectral amplitudes predicted with the attenuation relationship match well with the observed one within statistical limits for hypocentral distances less than 200 km.