倾斜土层地震液化诱发大变形数值分析方法

基于有限元理论,进行了缓坡土层地震液化引起大变形的数值方法研究,即采用二维有效应力动力有限元方法进行分析,在液化分析过程的每一时段考虑地震液化和振动软化得到土单元的模量,通过非线性静力方法计算每时段地震液化引起的大变形,得到土层各深度处的水平和竖向位移。由算例分析了地震动和土层坡度等因素的影响,通过对比分析表明了该方法的有效性,可为工程场地地震地质灾害评价提供参考数据。     

小坡度海底土层地震液化诱发滑移分析方法

地震可使海底砂质、粉质土层液化并导致上部土层的滑移。基于有效应力有限元动力分析方法和Newmark刚性滑块理论,提出了一种计算海底小坡度（≤5o）土层地震液化引起侧向滑移的简化方法。该方法将波浪荷载简化为海底恒定的上覆压力和初始孔压,忽略了海水粘性对海底土层地震反应的影响,利用改进的Seed孔压模型进行动力分析和液化判别,用Newmark滑块理论计算了土层侧向滑移。通过算例和对比分析,研究了海水深度和土层坡度对侧向滑移的影响,表明该方法的有效性,可为近海工程场地地震地质灾害评价提供参考数据。     

微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究

强震中场地砂土液化产生的土层侧移对地面建筑结构和地下生命线工程造成了严重的破坏。可以预见,微倾斜液化场地的土层侧移也将对地铁地下结构的地震安全造成严重的威胁。鉴于此,开展了微倾斜（倾角为6o）可液化场地中两层三跨地铁地下车站结构与区间隧道连接部位地震反应的大型振动台模型试验研究。结果表明：微倾斜可液化场地中地铁车站结构两侧地基出现了明显的非对称液化分布特征,坡体下方水平土层比上方水平土层更易液化;因坡体内土体液化沿坡向下流滑引起了下方水平土层发生了明显的地面抬升,总体上坡体段内的地面侧移量最大,下方水平土层地面侧移量次之,坡体上方水平土层地面侧移量最小。同时,在试验过程中也发现,隧道和车站结构之间发生了明显的差异上浮,可能会造成连接部位附近结构的应力集中或加重该部位的地震破坏。     

微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究

强震中场地砂土液化产生的土层侧移对地面建筑结构和地下生命线工程造成了严重的破坏。可以预见,微倾斜液化场地的土层侧移也将对地铁地下结构的地震安全造成严重的威胁。鉴于此,本文开展了微倾斜(倾角为6°)可液化场地中两层三跨地铁地下车站结构与区间隧道连接部位地震反应的大型振动台模型试验研究,结果表明:微倾斜可液化场地中地铁车站结构两侧地基出现了明显的非对称液化分布特征,坡体下方水平土层比上方水平土层更易液化;因坡体内土体液化沿坡向下流滑引起了下方水平土层发生了明显的地面抬升,总体上坡体段内的地面侧移量最大,下方水平土层地面侧移量次之,坡体上方水平土层地面侧移量最小。同时,在试验过程中也发现隧道和车站结构之间发生了明显的差异上浮,可能会造成连接部位附近结构的应力集中或加重该部位的地震破坏。     

微倾斜场地中地铁地下结构周围地基液化与变形特性振动台模型试验研究

强震中场地砂土液化产生的土层侧移对地面建筑结构和地下生命线工程造成了严重的破坏。可以预见,微倾斜液化场地的土层侧移也将对地铁地下结构的地震安全造成严重的威胁。鉴于此,本文开展了微倾斜(倾角为6°)可液化场地中两层三跨地铁地下车站结构与区间隧道连接部位地震反应的大型振动台模型试验研究,结果表明:微倾斜可液化场地中地铁车站结构两侧地基出现了明显的非对称液化分布特征,坡体下方水平土层比上方水平土层更易液化;因坡体内土体液化沿坡向下流滑引起了下方水平土层发生了明显的地面抬升,总体上坡体段内的地面侧移量最大,下方水平土层地面侧移量次之,坡体上方水平土层地面侧移量最小。同时,在试验过程中也发现隧道和车站结构之间发生了明显的差异上浮,可能会造成连接部位附近结构的应力集中或加重该部位的地震破坏。     

水平液化场地土表位移简化理论解答

水平液化场地地表往返位移的求解是基础和地下工程抗震设计的迫切需求。利用双层模型模拟实际水平场地,提出了可考虑液化层存在下的土表位移简化计算方法并给出频域理论解答,同时采用逐循环累计方法给出水平场地任意荷载下土表位移时域解答。采用适于水平场地孔压增量模型,并逐循环修正土层模量,模拟液化引起的土层的非线性过程。振动台试验结果和提出棋型的计算结果吻合,验证了所提方法能够反映土体液化对土表位移影响的基本过程。提出的方法和解答物理意义明确,可代表土体液化对土表位移影响的基本形态,并可用于频域及时域的无量纲分析。     

液化土层地震动模拟计算方法及验证

针对目前土层反应分析方法难以模拟液化土层地震动时程的缺欠,在工程力学研究所原有有效应力分析程序基础上提出了一个改进的计算方法并进行了验证。改进方法中,通过每个应力循环模拟土的非线性进程以及液化导致的土刚度衰减过程,并引入了新建立的适于非均等固结随机地震荷载作用下的孔压增长模型。将计算方法与实际地震记录及大型振动台实验结果进行了对比,结果表明：在峰值加速度、液化后波形变化、时频曲线及加速度反应谱等主要特征上,计算结果均与现场实际记录及振动台实验基本一致;在液化引起地震动特征变化上,计算出的液化较非液化土层加速度反应谱的增量与实验结果一致。说明所提出的改进方法可以用于液化土层地震动的模拟。     

液化与非液化场地加速度反应谱对比

通过对2011年新西兰发生的6.3级地震中获取的硬土场地、软土场地和液化场地强震记录实测资料进行分析,研究包括3种类型场地的地震动特征及其相互关系。分析的强震记录为震中距小于50 km,且峰值大于0.05g的23个场地上的加速度记录,其中含3个硬场地、11个软场地和9个液化场地。3种类型场地上的放大系数谱对比分析表明,硬土场地、软土场地和液化场地上的地震动特征具有明显区别,三者层次清晰,差别显著,从地震动表现上液化场地已构成一个与常规场地并列的独立单元;液化场地减少地震动高频分量但同时对低频分量显著放大,与非液化场地相比,液化场地可使其上短周期结构反应减小一半,但同时可使其上长周期结构反应放大2.5～5.0倍;土层的液化对此次地震中克莱斯特彻奇市中心CTV大楼的破坏应有很大影响,大楼自振周期约为0.7 s,地震中土层液化使场地加速度反应谱卓越周期由0.1～0.3 s增到0.5～1.0 s,与大楼的自振周期趋于吻合,加重了大楼震害。以此为鉴,按现有规范中地震动的设计方法,如遇液化场地将对长周期结构给出明显危险的结果,因此从振动角度今后进行结构抗震设计时,可液化场地上的地震动应给予特殊考虑。     

液化场地高桩码头抗震性能地震动效应

为了研究地震动特性对液化场地高桩码头抗震性能的影响,本文依托高桩码头工程实例,建立了液化场地全直桩高桩码头地震反应分析数值模型,系统分析了地震作用下高桩码头的关键动力响应特征,确定了高桩码头各抗震性能需求指标,揭示了地震动特性对各抗震性能需求指标的影响规律。研究表明：地震作用下高桩码头桩基受弯、受剪和受压薄弱环节分别出现在持力层与上部粉质黏土层交界处、岸坡标高处和砂层与上部粉质黏土层交界处;峰值加速度、频谱特性和地震动输入方向均会显著影响高桩码头各项性能指标的抗震需求;高桩码头桩基的抗弯、抗剪和抗压性能需求分别由最靠陆侧桩桩顶处弯矩、各薄弱环节剪力和砂层与上部土层交界处轴力控制,抗震延性需求均由最靠海侧桩桩顶处水平位移需求控制。     

基于ANN和GIS耦合模型的场地地震液化势评价系统研究

采用组件式GIS (COMGIS)技术开发了结合BP神经网络分析模型的场地地震液化势评价系统,调用水平成层土地震反应分析程序SHAKE91实现设定地震下地震动影响场的模拟。在VB下调用Matlab神经网络工具箱来完成场地地震液化势评价模型在COMGIS系统中的模块化;利用GIS技术对评价结果,即液化势等级进行空间复合,给出场地潜在的地层液化势空间分布图。研究表明,SHAKE91应用程序在系统菜单下可直接调用,实现地震动影响场计算的模块化;BP神经网络技术应用于场地地震液化势评价中能达到较为理想的效果;系统的GIS空间分析功能可使评价结果与场地信息进行空间匹配,实现目标场地潜在地震液化势的快速评估。     

考虑强度退化效应的堤坝抗震稳定性评价方法

考虑土的动强度随振动孔隙压力上升的衰减效应,将拟静力极限平衡分析和滑动体位移分析相结合,提出了堤坝抗震稳定性评价方法.首先,基于土工动力有限元分析,确定坝坡潜在滑动土体的平均加速度时程,进而,基于拟静力概念,采用极限平衡分析,确定坝坡的安全系数随时间的变化历程,其中当安全系数瞬时小于1时,表明坝坡在地震中处于瞬时超载状态,采用Newmark刚体滑块模型估算瞬时超载所产生的滑动位移,将各个超载阶段的滑动位移叠加,求得设计地震动作用下堤坝边坡的累积滑移量,根据这种方法所进行的数值计算与分析表明,考虑强度循环退化效应后所得到的坝坡滑移量更为合理.     

加筋土挡土墙边坡的稳定性分析

加筋挡土墙边坡是一种新型的复合边坡加固技术,用传统的方法很难设计这种复杂的结构。以一工程实例叙述了采用弹塑性有限元法预测加筋土边坡的稳定性的方法;给出了不同设计方案下的位移;分析了土体力学参数对边坡最大水平位移的影响。结果表明,土体的弹性模量、内摩擦角与粘聚力是影响边坡位移的重要因素。这些土力学参数与边坡最大水平位移是非线性关系,且有呈现临界点的趋势。因此,适当控制填土的力学性能参数有助于达到安全节省的设计目标。      

格栅加筋路堤边坡性能的试验研究及有限元分析

基于2种路堤边坡坡比、2种土工格栅和3种加筋层数的不同组合的室内模型试验,比较分析了不同试验工况条件下加筋边坡在顶部载荷作用下的变形规律。结果表明:加筋能较大幅度地提高边坡的稳定性及承载能力;加筋边坡的沉降和侧向位移随着格栅抗拉强度增大、加筋层数增多和边坡变缓而相应的变小。将试验所得结果与有限元数值模拟计算结果进行了对比分析,有限元模拟结果与试验值吻合较好。     

层状场地中局部不均体对平面P波的散射

利用间接边界元方法,在频域内求解了层状场地中局部不均体对平面P波的散射。利用精确的土层动力刚度矩阵进行自由场反应分析,求得位移和应力响应。通过计算虚拟分布荷载的格林影响函数,求得相应位移和应力;根据边界条件确定虚拟分布荷载,最终得到问题的解答。研究了入射P波时,不均体宽度、埋深、厚度、入射角、入射频率度等参数对地表位移幅值的影响,并与相应自由场的结果进行了比较。不均体对P波散射有重要影响,在工程场地地震安全性评价中,应合理考虑局部不均体对场地设计地震动参数确定的影响。     

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。     

Development of shallow seismic landslide potential map based on Newmark’s displacement: the case study of Chi-Chi earthquake, Taiwan

With the development of the geographic information system (GIS), the analysis of regional slope stability under seismic loading has evolved rapidly in recent years. In many studies, the Newmark’s method is used for the computation of displacements triggered by an earthquake on a single slope, while for regional analysis, the infinite slope theory is frequently used due to its simplicity when large amount of computations are required. In this research, the infinite slope theory was examined considering various seismic conditions, material properties, and slope geometry to verify the suitability of the method when applied to regional analysis and development of potential shallow landslide maps. The landslide cases induced by Chi-Chi earthquake in central Taiwan were used in this study for verification. It was found that the infinite slope theory is valid for regional analysis when used with discretion. Based on the calculated Newmark’s displacement and combining the GIS technique, procedures for the potential map development are established in this study.     

线性分布基床系数弹性地基梁有限单元法改进

弹性地基梁法常用于研究土和结构的相互作用,对于均布荷载和边界条件简单的弹地基梁,采用理论解即可方便地进行计算。侧向荷载作用下桩体、嵌入式挡墙一般根据弹性地基梁理论进行分析,并假定基床系数随深度增加。对于基床系数呈线性分布或呈均匀分布但边界条件复杂的弹性地基梁理论求解困难,通常采用有限差分法或有限单元法近似求解。采用有限单元法计算线性分布基床系数弹性地基梁时,若单元划分数量不够,就存在计算精度不足的问题。采用加权余量法推导了更为精确的2节点5次位移函数和相应的单刚矩阵,得出了线性分布荷载作用下挠度的5次多项式近似解,从而实现只需划分很少的单元数,节点位移及单元内位移的分布即可达到较高的计算精度,极大地提高了计算效率,单元内力的分布可直接由位移函数导出,简化了后处理计算程序。     

层间软弱夹层发育的切向边坡失稳模式及稳定性研究

通过系统分析边坡工程地质条件及岩体结构,采用定性分析结合有限元模拟研究了边坡变形破坏模式,并采用块体理论及极限平衡法系统分析边坡局部及整体稳定性。结果表明,切向边坡的变形破坏模式可以分为两类:深层变形破坏为受层间软弱夹层空间展布特征控制的块体失稳,浅表层破坏为局部块体失稳及强风化强卸荷带岩体沿最大剪应力带的滑移-拉裂变形。稳定性分析结果认为边坡浅表层岩体稳定性差,但发生深层破坏的可能性较小。