动力UH模型

针对砂土在动力荷载作用下所表现出的应力诱导各向异性,以改进后的UH超固结土模型为基础,采用旋转硬化规则将其扩展为可考虑与砂土应力应变关系的动本构模型。主要改进有3方面:(1)将形状固定的椭圆屈服面改变为可变屈服面,椭圆的形状由β来刻画,而β本身是椭圆旋转轴的大小,表示应力诱导各向异性程度的大小;(2)引入旋转硬化规则,使椭圆屈服面可围绕原点旋转以反映反向加载条件下的本构响应;(3)对统一硬化参数进行了修正,首先对潜在强度公式增加了一个参数α用来调节超固结应力比参数R对于潜在强度值的影响,其次针对应力诱导各向异性建立起能反映旋转硬化与等向硬化相协调的扩展统一硬化参数。模型预测与试验结果的对比以及有限元模拟表明:提出的动力统一硬化(DUH)模型能够简单、合理的描述与砂土在动力载荷下的本构关系,验证了所提模型的合理性。     

场地土的一维非线性地震反应分析方法

本文应用一维复合应变波理论和特征线差分法,研究覆盖土层的非线性地震响应。为了较真实地反映土在不规则循环加载条件下的本构关系,本文采用了多屈服面运动硬化弹塑性模型。此外,在覆盖层与基岩半空间的界面上,本文引进了弹性边界条件,它能模拟波在半空间介质中的传播过程,从而使数值分析结果更加接近实际。本文为南浦大桥提供的16组沿深度分布的地震加速度时程,已经应用于南浦大桥的抗震设计中。     

基于Prager硬化的钢管混凝土非线性梁单元

根据三类钢管混凝土构件的荷载位移曲线论述了Prager硬化规则应用于钢管混凝土材料非线性分析的合理性,由随动硬化材料屈服面方程的全微分出发,采用塑性势理论推导了钢管混凝土梁单元的非线性刚度矩阵。建立了钢管混凝土梁单元的初始屈服面方程,由Prager硬化规则建立了后继屈服面方程,并推导了屈服面移动量的计算公式。根据钢管混凝土的特点,探讨了确定硬化参数的方法。算例的结果有良好的精度。     

不同应力分量耦合模式下天津滨海饱和黏性土变形特性研究

地基土单元体在地震荷载作用下将产生主应力轴连续旋转,不同的应力耦合模式对土的强度、孔压以及变形等特性影响显著。利用GCTS空心圆柱扭剪仪,对天津滨海软土场地饱和黏性土进行K0固结下的不同应力耦合模式的循环剪切试验。着重对比相同应力路径下竖向和扭剪双向耦合加载模式,内外围压和扭剪的三向耦合加载模式以内外围压、竖向和扭剪的四向耦合加载模式条件下饱和黏性土的变形特性、循环软化特性。试验结果表明:在相同的动强度下,四向耦合应力模式更容易破坏且变形特性以及软化特性较双向、三向耦合下发展更加迅速;剪应力分量对试样软化变形特性的影响更加显著。     

应力作用下层状砂岩电阻率的变化特征

本实验是在室温条件下对兰州河口砂岩进行了单轴加载,在与加载方向平行、垂直和成45°角的方向上观测了电阻率的变化特征。主要的实验结果是: (1)垂直层理加载时电阻率ρ_(?)(平行于加载方向)和ρ_(?)(垂直于加载方向)的变化分为三个阶段:上升—平稳—下降。(2)平行层理加载时电阻率ρ_(?)和ρ的变化表现出明显的各向异性。不论平行或是垂直层理加栽,在与层理面45°角的方向上的电阻率变化均较小。本文还对上述结果进行了定性解释。由于这种砂岩的放大因子较小(10—10~2),所以不适宜做地电台址。     

常用岩土本构模型的选择及对场地动力反应分析结果的影响

合理选择本构模型是土动力学问题数值模拟中的一项重要工作。利用PLAXIS 2D软件的土工实验模拟功能分别对4种常用的岩土本构模型——线弹性模型、摩尔库伦模型、土体硬化模型和小应变土体硬化模型在往复荷载下的理论滞回曲线进行了对比分析,并在此基础上研究了选择不同本构模型对自由场地震反应分析结果的影响以及不同本构模型中各参数的变化对场地动力计算结果的敏感性分析。研究结果为土动力学问题数值模拟中如何选择本构模型和合理判断数值分析结果提供了参考依据。     

海上风电结构地基土动应力变化规律研究

以承受水平荷载为主的海上风力发电机在风、浪等荷载的共同作用下其结构—地基系统具有复杂的受荷特性,使得基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。本文通过数值计算分析了海上风机上部结构所受水平荷载与波浪荷载的作用方向夹角以及荷载频率对地基土应力状态的影响,揭示了海上风机单桩结构地基土的典型应力时程变化及分布规律。结果表明海上风电结构地基土的应力幅值大小和主应力方向角都在发生变化,上部水平荷载与波浪荷载间的夹角以及二者的频率都对地基土的应力状态,特别是主应力方向角的旋转产生了很大影响。     

完整岩石在不同尺度上的屈服

对完整岩石力学机制的研究有助于更好地理解与屈服有关的应力-应变关系。屈服准则研究方法包括基于实验数据分析和基于微观力学的研究。屈服数学理论的研究目标是对应力和应变关系的理论描述和对弹塑性界限的识别。本文主要研究完整岩石在不同尺度上的屈服。从Weibull理论可知,岩石强度随尺度增大而减少,这已经通过单轴压缩强度（UCS）的Hoek-Brown方程得到证实。然而,围压能改变岩石强度及屈服。因此,本文利用直径为50mm和96mm的圆柱形砂岩样品在不同围压作用下的压缩实验来研究不同尺度下的岩石屈服,从实验中提取不同尺度下的屈服初始点并描述屈服面,最终给出简单数学形式的屈服准则。     

风浪荷载作用下扩底桩基础桩周土应力特征分析

扩底桩基础在承受水平风浪荷载时,基础周围的地基土表现出复杂的应力变化特性。基于有限元程序ABAQUS,针对近海风机单桩基础受力特点,分别建立扩底桩和等直径桩的有限元模型,着重分析扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩和等直径桩桩周土的应力主轴旋转角度规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。     

非饱和土的固结与水力特性研究

采用平均土骨架应力代替Bishop的非饱和土的有效应力,基于分析体积变形连续性条件建立了简化的一维非饱和土固结方程,分析计算了非饱和土在固结过程中孔隙压力、平均土骨架应力、饱和度的变化情况。同时建立了耦合水力特性的非饱和土本构模型和屈服方程。算例计算结果表明本文提出的非饱和土简化固结理论和耦合水力特性的非饱和土应力应变本构模型的有效性。     

南北地震带北段构造应力场与震中迁移关系的模拟实验

本文应用变形模拟、普通光弹和激光全息光弹性模拟方法,采用多种力源对南北地震带北段现代构造应力场分布特征进行了探讨。研究了该区各地段应力场的主压应力、主张应力展布方向,同时还绘制了主压应力、主张应力和最大剪应力等值线图,从而了解了该区各段在统一应力场作用下应力值的相对大小。文中还结合莫尔强度理论,分析了该区地震活动性,对该区现代构造应力场分布特征与震中迁移的关系进行了探讨。     

How representative are local measurements of the surface shear stress for regional values?

Local values of surface shear stress measured by eddy correlation devices were compared to regional ones generated by Monin–Obukhov similarity (MOS) theory in the atmospheric surface layer over the cooperative atmosphere–surface exchange study (CASES) area in eastern Kansas. For this comparison, minisodar average wind speed profiles were used to implement MOS. The local surface shear stress values were found to be representative of the regional ones only under free convective conditions. For weak to strongly neutral atmospheric conditions, regional values of the surface shear stress were underpredicted by a factor of two by the locally measured ones. Empirical interpolation equations are proposed to describe the relationship in the intermediate range. The surface roughness values of 0.12 and 0.40 m, respectively, were determined for the two locations of the minisodar sounders by regional analysis of their mean wind speed measurements under neutral atmospheric conditions. The roughness values found in this present study compared well to past investigations conducted in this region. Minisodar roughness values were found in this present study to be a good alternative to radiosonde determined ones.     

分析地震波估算地壳内的应力值

本文讨论了利用破裂力学理论说明地震破裂的过程, 认为地震本质上是岩石在应力作用下的低应力破裂现象.它是岩石中的裂纹不断稳态扩展、最后进入失稳扩展的结果.分析了在扩展过程中应力和位移的变化, 发现任何将要破裂的那一点的应力都要由初始应力0升高到屈服应力y 以后才破裂, 破裂后裂纹面上的点的应力降到0.在破裂前和破裂后的位移, 都可由弹性力学方程给出.在破裂的一瞬间破裂的端点产生的非弹性位移, 则不能由弹性力学方程给出.它可以由断裂力学中的裂纹滑开位移公式近似给出.根据位错模式由于计算弹性波辐射场的位错量 D(, t), 正是破裂瞬间产生的非弹性位移, 所以用弹性位移公式来计算地震位错量是错误的.我们采用了裂纹滑开位移公式来计算地震位错量, 从而导出了较合理的计算地震释放总能量的公式 ET=yDS(y 为屈服强度;D为平均位错;S 为断层面积)以及估算初始应力值0的公式:0 =[Dmax/L4y/(1-) ]1/2(L 为断层长度).用它们计算了一些地震的 Er 和0, 分别列于表1和表2.这些结果比以往的结果要更合理一些。 结果表明:(1)地震多数是在低应力作用下(即低初始应力)发生的(约100——200巴);(2)地震释放的总能量约比地震波能量大一个数量级.      

Effects of landuse change on surface runoff and sediment yield at different watershed scales on the Loess Plateau

Erosion and sediment yield from large and small watersheds exhibit different laws. Variations in surface runoff and sediment yield because of landuse change in four watersheds of different scales from 1 km2 to 73 km2 were analyzed. Due to reforestation and farmland terracing, surface runoff and sediment yield reduced by 20-100% and 10-100% respectively. Reductions in surface runoff were differed significantly under different precipitation regimes. For the large watershed (73 km2) landuse change had similar effects on surface runoff regardless of changing of precipitation. For the small watershed (1 km2) landuse change had fewer effects on surface runoff under high precipitation. The relative changes of sediment yield in the four watersheds under reforestation and farmland terracing decreased as precipitation increased from 350 mm to 650 mm, then increased as precipitation increased from 650 mm to 870 mm. Where initial forest coverage rate was below 45%, sediment yield decreased dramatically as forest coverage rate increased. Watershed management with aiming at reducing both surface runoff and sediment yield should be conducted both on sloping surfaces and in channels in large watersheds.     

基于性能目标的特高压输电塔抗风可靠度分析

特高压输电塔作为风敏感结构,在不同风荷载强度等级作用下,会遭受不同程度的损伤和破坏甚至倒塌。除了关注倒塌这一严重破坏,对于特高压输电塔在运营期间不同的受损程度,即不同的性能水准和表现也应重视,并采取相应的加固维修措施。通过大量调研和分析,提出以应力比和顶点位移为控制标准的性能目标,并建立了其性能水准量化模型;进而结合自适应高次响应面法,对皖电东送一上海1000kV双回路输电线路中的SZ301直线塔进行了相应的抗风静力性能可靠度分析,从而验证了所建议性能水准框架及可靠度分析方法的可行性,对工程设计和实践具有一定的指导意义。     

Some applications of elastic notch theory to problems of geodynamics

Summary This paper is concerned with the behavior of surface features of the earth which are, or have been, acted on by a stress field. The theory used in this paper is that of classical elasticity. Mathematical models are made which represent perfectly elastic two-dimensional regions which have a notch (or protrusion as a reversed notch can be considered to be). The regions are assumed to be semi-infinite and the notch on the free surface. The loads, or boundary conditions, are then prescribed. The problem of determining the distribution of stress is then considered. Solutions to this problem are presented for the cases of a circular notch, a generalized circular notch and a type of notch whose mathematical representation is given parametrically. Using these solutions and applying a criterion for failure, it is possible to predict what the general trend of the faulting should be in an actual body which the model may represent. Possible applications to geological structures are indicated.     

应力增量触发断层岩体能量释放模拟与地震成因探讨—以龙门山断裂带为例

本文以龙门山断裂带为背景,基于岩体应变能基本理论,使用FLAC软件模拟地震能量源和能量释放形式,计算结果显示:在0.01 MPa水平应力增量作用下,龙门山断裂带及附近区域可释放的应变能约为3.24×1013 J;使得断层面之间发生滑移,克服断层面滑动摩擦所需消耗的能量约为2.10×1013 J;岩体在重力方向上产生位移,克服重力做功所消耗的能量约为1.14×1013 J。由此可推断:在一定区域内,应力触发释放能量值与克服断层面滑动摩擦和克服重力做功所消耗的能量之和大致相当;应变能可能会在某一区域范围内集中释放,形成地震效应。本次应力增量触发断层周围岩体能量释放事件中,在映秀—北川断裂与灌县—安县断裂之间的局部区域集中释放的能量为7.67×1012 J,相当于一次M_S5.39地震发生所释放的能量。      

非稳定流单井排放诱发地壳形变的研究──基于Neuman理论的无压含水层完整井

在高精度动态大地测量时,为考虑地下水单井排放对台站坐标的影响,需精细研究不同水流系统和地层模型下相应的定量计算问题．本文将地下水单井排放诱发地表位移的一般公式与Muman理论结合起来,导出了适用于各向异性和滞后反应的无压含水层完整井非稳定流单井排放诱发的地表位移的解析表达式,以20个结点的Hermite求积公式和15个结点的Gauss－laguerre求积公式,编制了相应的计算程序,给出了模拟算例．本文的研究在理论上比基于Boulton理论的相应研究更合理,在实践上此方案是可行的．     

非稳定流单井排放诱发地壳形变的研究──基于Neuman理论的无压含水层完整井

在高精度动态大地测量时,为考虑地下水单井排放对台站坐标的影响,需精细研究不同水流系统和地层模型下相应的定量计算问题．本文将地下水单井排放诱发地表位移的一般公式与Muman理论结合起来,导出了适用于各向异性和滞后反应的无压含水层完整井非稳定流单井排放诱发的地表位移的解析表达式,以20个结点的Hermite求积公式和15个结点的Gauss－laguerre求积公式,编制了相应的计算程序,给出了模拟算例．本文的研究在理论上比基于Boulton理论的相应研究更合理,在实践上此方案是可行的．     

Observations of rapid mean flow produced in mercury by a moving heater

Abstract

Experimental and theoretical results are described for the moving flame experiment, where a heat source moves under a horizontal, annular channel filled with liquid mercury. The physical range under discussion consists of the creep flow limit, in which inertial forces are less than viscous forces. A mean surface flow was observed on the mercury. This flow was up to four times greater than the heater speed, and in an opposite direction. The ratio of mean flow to heater speed was theoretically and experimentally found to be proportional to the square of the thermal amplitude, in agreement with a special limit of Davey's earlier results. The basic flow here, as contrasted to those flows analyzed by earlier theories, appears to be generated by surface tension. However, the Reynolds stress mechanism which generates the mean flow is the same. Some experimental flows were so rapid that the range of validity of the present, as well as some earlier theories, was exceeded. The present theory suggests that the higher order nonlinearities may have cancellative effects, which implies that the present and some earlier theories are valid beyond their normal range of validity.