P波斜入射角对沉管隧道地震响应的影响

为了研究P波斜入射对沉管隧道地震响应的影响,以港珠澳大桥沉管隧道为工程背景,考虑上覆海水与海床、沉管隧道之间耦合作用,采用粘弹性边界和等效力的地震荷载输入方式,利用ADINA软件建立三维有限元模型进行地震响应分析。分析入射角为0°、20°、40°、50°、60°时P波对沉管隧道环向应力峰值（正应力峰值、剪应力峰值）和位移峰值的影响,结果表明:入射角为40°时,沉管隧道应力峰值最大;入射角为0°—40°时,隧道的应力峰值逐渐增大,入射角为40°—60°时,隧道的应力峰值逐渐减小;隧道截面4个转角处及隔墙与顶板、底板的连接处为隧道剪应力峰值最大处;隧道截面左侧剪应力峰值远大于右侧;隧道顶板正应力峰值最大,顶板的正应力峰值大约为底板的2倍;隧道截面左侧位移峰值远大于隧道截面右侧。     

SV波斜入射下Nam Ngum 5拱坝-库水-地基系统的地震响应分析

基于黏弹性人工边界与相应地震动输入方法,推导了任意角度下三维SV波斜入射时的等效节点荷载,构建了考虑地震波斜入射的三维黏弹性静-动力统一人工边界,探究了三维情况下混凝土拱坝在地震波斜入射时的地震动响应,应用于Nam Ngum 5重力拱坝-库水-地基系统的地震响应分析中。研究结果表明：当SV波斜入射角度逐渐增大时,坝体关键点的顺河向位移、主应力以及动水压力峰值均呈现逐渐增大的趋势,横河向位移呈现逐渐减小的趋势;其中25°与0°入射相比,坝顶点顺河向位移从0增加至0.15 m,横河向位移影响较小仅减小0.011 m;坝踵点、坝趾点主应力与斜入射角度存在明显差异,当入射角度为25°时,主拉应力与主压应力峰值相较于垂直入射分别增加了1.41 MPa与3 MPa;坝踵处动水压力峰值也在入射角度为25°时达到最大为0.33 MPa与-0.29 MPa;需要在类似实际工程设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

SV波斜入射时双线并行地铁隧道横截面地震响应分析

SV波以大角度斜入射时,场地伴随更大的竖向地震作用,这很可能使得地铁隧道地震响应特点异于小角度斜入射情况。基于粘弹性人工边界理论,采用频域刚度矩阵法计算任意角度斜入射SV波的地震动输入等效节点力,通过ABAQUS有限元软件建立自由场模型,验证了0°、30°、40°和50°斜入射SV波地震动输入的准确性;在此基础上建立任意角度斜入射SV波作用下的地下双线并行圆形地铁隧道地震响应分析数值模型,从场地类别、隧道埋深和双隧道间距等方面分析SV波入射角度对隧道结构横断面地震响应的影响。研究表明:入射角度0°及略大于SV波临界角的入射角度是浅埋圆形地铁隧道结构抗震的最不利角度,尤其对于Ⅱ类场地,若仅在临界角以内研究衬砌结构的地震响应,将显著低估衬砌结构的动力响应;此外,隧道埋深对衬砌动弯矩、动轴力峰值具有显著影响,这种影响与场地类别密切相关;Ⅱ类和Ⅲ类场地中小隧道间距条件下隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应具有一定的增大效应,而Ⅳ类场地中可忽略隧道间的动力相互作用对衬砌结构动力响应所产生的影响。     

地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响

基于粘弹性人工边界条件理论,将地震动输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波斜入射作用下,不同入射角度对沉管隧道结构的动力响应的影响。结果表明:地震动的入射角度对海底沉管隧道结构的动力反应影响很大,而且入射角在某个范围内,水平向和竖向地震响应有着不同的影响程度;随着入射角度不断增大,结构在竖向的动力响应明显减小,而在水平向的动力响应是先增大后减小。因此,对海底沉管隧道进行抗震设计分析时,应该考虑地震动斜入射对结构动力响应的影响。     

斜入射SV波作用下设置减震层隧道的地震响应

对于距离隧道较远的浅源地震,地震波是以一定角度倾斜传播到隧道近场并对隧道造成破坏。本文采用有限元方法研究了SV波入射角和减震层对隧道地震响应的影响。利用黏弹性人工边界和等效节点力公式建立了二维斜入射SV波的输入方法,并通过算例验证了该方法的准确性。基于所建立的输入方法,研究了有和无减震层隧道在不同入射角下的地震响应,并分析了减震层环向长度的影响。数值结果表明：1)二次衬砌的拉伸损伤和内力峰值随着入射角的增大而增大;2)减震层在不同的地震波入射角下具有良好的减震效果,减震效果随着入射角的增大而减小,且减震层可以减小二次衬砌的竖向加速度分量;3)减震层的环向长度会影响隧道的减震效果。     

SV波斜入射时不同水体模拟方法下超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性人工边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波不同角度入射情况,分别采用声固耦合法和附加质量法模拟闸室内水体,研究超高水头船闸闸室位移、应力和塑性损伤等地震反应,对比两种水体模拟方法计算结果的异同。结果表明:(1)整体上,两种方法计算得出的左、右闸墙地震反应结果随入射角度变化的规律基本一致;左闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角15°时,右闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角35°时;地震波入射角度对超高水头船闸动力响应影响较大,设计时应考虑地震波斜入射的影响。(2)当入射角较大时,采用声固耦合法计算的闸墙相对位移极值、主应力极值和受拉损伤结果偏保守的概率更大,对超高水头船闸结构设计来说更为安全。(3)建议两种计算方法相互参考和校核,推荐采用偏安全的结果进行超高水头船闸结构设计。     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明：地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

Analysis on Dynamic Interaction of Subway Station-soil-aboveground Frame Structure Under Inclined Incidence of SV Wave

地震作用下地铁车站和邻近建筑间的动力相互作用问题已引起许多学者的关注和重视,然而斜入射地震波作用下的相互作用分析研究较少,有关规律仍不明确。为此建立基于黏弹性人工边界的地铁车站-土-地表框架结构整体动力分析有限元模型,围绕入射角、地上与地下结构间距、场地类别等因素,采用频域刚度矩阵自由场地震响应分析方法获得任意角度斜入射SV波作用下地铁车站-土-地表框架结构动力响应规律。研究结果表明,地表框架结构的存在会显著增大车站中柱轴力幅值,当地表框架结构与车站紧邻时,中柱轴力放大幅度最大为730%,放大效应会改变轴力随入射角的变化规律,总体上使车站中柱轴力在SV波垂直入射和超临界角10°左右入射时均具有相当的幅值;地表框架结构对地铁车站层间位移角的影响与场地条件密切相关,在较硬的场地（Ⅱ类场地）中,车站层间位移角放大幅度最大为74%,在较软的场地（Ⅳ类场地）中,车站层间位移角缩小幅度最大为30%;地铁车站的存在对地表框架结构层间位移角具有放大作用,总体上地铁车站与地表框架结构的距离越近,放大作用越明显,地表框架结构层间位移角放大幅度最大为52%。建议将0°入射和超临界角10°左右入射工况作为地上或地下结构地震响应分析的不利工况。     

SV波斜入射下混凝土重力坝易损性分析

易损性分析是评估不同强度地震作用下混凝土重力坝各级破坏概率的有效方法。目前重力坝易损性分析通常假定地震波为垂直入射,然而在近断层区域,地震波往往是倾斜入射的,地震波斜入射对重力坝地震响应有显著影响。从太平洋地震工程研究中心数据库选取16条地震动记录,采用黏弹性人工边界结合等效节点荷载实现SV波斜入射波动输入。采用增量动力分析方法对地震动峰值加速度进行调幅,以印度Koyna混凝土重力坝为研究对象,以坝顶相对位移为抗震性能指标,建立SV波斜入射下重力坝不同震损等级的易损性曲线。结果表明,与垂直入射相比,相同震损等级和相同地震动强度下,斜入射时重力坝破坏概率减小;当PGA接近重力坝实际遭受的地震动强度时,入射角为15°和30°时破坏概率与垂直入射相比最大减小率分别为27.3%和68.2%;各地震强度下,15°和30°斜入射相对于垂直入射的破坏概率差异值最大分别达36.6%、83.9%。因此,混凝土重力坝抗震性能分析应考虑地震波斜入射的影响。研究结果也可为近断层区域混凝土重力坝安全风险评估提供参考。     

大型引水隧道在平面地震波入射下动力响应的解析解

本文以波函数展开法为基础,给出了SV波与P波入射时大型引水隧道平面地震响应的解析解.并根据解析解,利用数值方法对建立的场地模型进行了计算分析,研究了隧道结构-水体体系的地震响应.重点讨论了入射波频率、入射角、衬砌力学性能对衬砌结构动力响应的影响.分析表明,大型引水隧道动力响应受入射波频率和入射角的影响较为明显,而衬砌力...     

地震波斜入射下层状场地中地下综合管廊地震响应分析

利用黏弹性人工边界和等效地震荷载时域波动输入方法,结合土层和半空间的精确动力刚度矩阵,实现了地震波斜入射下层状场地地下综合管廊地震反应分析,建立了不同场地条件下地下综合管廊分析模型。计算结果表明:地震波倾斜入射情况下,综合管廊结构地震响应与垂直入射时具有显著差异,一般SV波以30°临界角附近入射时结构地震反应最为剧烈;地下综合管廊动应力集中主要分布在管廊角部、中柱上下端;成层土波速结构变化对地下综合管廊地震反应亦具有显著影响。总体上看:当穿越软夹层时管廊结构地震反应更为剧烈,且覆盖层越厚,管廊结构内力幅值越大。因此地下综合管廊结构抗震设计宜考虑地震波倾斜入射及场地土层性质的影响。     

地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响

为研究地震波斜入射对高面板坝地震反应的影响,根据地震波动入射理论,采用FORTRAN进行波动荷载的编程计算,并与大型通用有限元软件ADINA相结合,实现基于黏弹性人工边界的地震波斜入射,研究P波和SV波分别以不同角度入射对高面板堆石坝地震反应的影响。结果表明,地震波斜入射时大坝地震动反应与垂直入射时明显不同,常规垂直入射的结果偏于不安全,因此在高面板坝地震反应分析和抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

SV波全反射作用下地震动的合成及振动特性

越来越多的研究表明来自基岩的地震波并不是垂直地面向上传播的。地震波在斜入射与垂直入射时所产生的场地效应有很大不同,由于存在全反射现象,SV波在斜入射时产生的场地效应更为复杂。文章基于均匀弹性半空间地震波传播理论,分别推导得到SV波入射角在小于、大于等于临界角时地震动的计算表达式,通过模型算例研究SV波全反射作用下的地震动特性。研究发现：由SV波产生的地震动主要由入射波和反射波构成,滑行波作用可以忽略;地面运动轨迹具有面波旋转振动特点;随着入射角的增大,地面震动从以水平方向振动为主逐渐过渡到以垂直方向振动为主,两个方向的振动均小于入射波峰值的2倍。     

Seismic stability of jointed rock slopes under obliquely incident earthquake waves

Seismic stability of slopes has been traditionally analyzed with vertically propagated earthquake waves. However, for rock slopes, the earthquake waves might approach the outcrop still with a evidently oblique direction. To investigate the impact of obliquely incident earthquake excitations, the input method for SV and P waves with arbitrary incident angles is conducted, respectively, by adopting the equivalent nodal force method together with a viscous-spring boundary. Then, the input method is introduced within the framework of ABAQUS software and verified by a numerical example. Both SV and P waves input are considered herein for a 2D jointed rock slope. For the jointed rock mass, the jointed material model in ABAQUS software is employed to simulate its behavior as a continuum. Results of the study show that the earthquake incident angles have significance on the seismic stability of jointed rock slopes. The larger the incident angle, the greater the risk of slope instability. Furthermore, the stability of the jointed rock slopes also is affected by wave types of earthquakes heavily. P waves induce weaker responses and SV waves are shown to be more critical.     

地震体波斜入射下的断层台阶地震反应分析

应用显式有限元法对倾斜断层台阶在地震体波斜入射下的地震反应进行了数值模拟。模拟结果表明，P波入射时的竖向运动分量和SV波入射时的水平向运动分量在台阶上角点处存在极大值、在台阶下角点处存在极小值，同时在上下台面还出现由角点激发、向台阶外传播的转换体波与面波。这一结果说明，在断层台阶场地建设重大工程时应离开上角点一定距离，并考虑上下水平表面地面运动的差异性。     

Diffraction of obliquely incident waves by a cylindrical cavity embedded in a layered viscoelastic half-space

The three-dimensional harmonic response in the vicinity of an infinitely long, cylindrical cavity of circular cross-section buried in a layered, viscoelastic half-space is obtained when the half-space is subjected to homogeneous plane waves and surface waves impinging at an oblique angle with respect to the axis of the cavity. The solution is obtained by an indirect boundary integral method based on the use of moving Green's functions for the viscoelastic half-space. Numerical results describing the motion on the ground surface and the motion and stresses on the wall of the cavity are presented for obliquely incident P-, SV-, SH- and Rayleigh waves with different horizontal angles of incidence.