基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

烟囱模型竖向冲击振动破坏试验研究

本文的目的在 囱模型在竖向冲击振动下的破坏现象与地震破坏现象是否相似。实验结果表明在竖向冲击振动下,烟囱只能产生一首 形宾位置与输入波的频率有关。     

地震激励作用下锚固系统研究现状

地震激励作用下,柔性的锚杆支护体系与刚性的滑体合而为一,刚柔并济,协调系统位移与应力,主动抗震抗滑。基于以上优势,锚固边坡在高烈度地区广泛应用,其动力稳定性也成为近年来岩土工程领域研究的热点。通过分析锚固边坡的浅表动力效应、锚固体的动力响应、锚固体的破坏模式、锚固体的抗震机理及设计方法等4个方面发现,浅表动力效应研究和锚固体的动力响应分析研究成果相对较多、较成熟,但大都局限于位移、加速度、应力等单因素的分析,并没有具体到整个系统的动力响应过程;指出今后的研究方向更应趋向于整个锚固系统的动力响应过程、抗震机理及抗震设计理论,才能更好地为工程服务。     

ZJ15D型石油钻机井架的瞬态响应研究

传统上通过静力，或者利用最大设计钩载乘以动载系数代替动载荷的研究方法对石油井架进行结构分析已经不符合现场石油井架在复杂时间载荷作用下的真实动态响应情况，尤其在起下钻和钻进时，井架要承受瞬态冲击、钻机振动等随时间变化的载荷作用。本文运用时间历程方法，通过模拟井架钻井时的典型工况，结合大型有限元ANSYS软件，对大庆油田普遍采用的ZJ15D型石油钻机井架进行了动态响应计算，得出了：在瞬时冲击下，井架动力响应的产生存立柱轴向、井架侧向和前开口方向具有同时性，但最大值出现的时刻不同；严重冲击载荷作用下，井架顶部开口响应最为强烈，危险时位移可达4cm等结论。结论对井架结构设计、油田安全钻井和延长井架使用寿命具有现实意义。     

冲击荷载作用下RC框架梁剪切破坏试验研究

通过对2个钢筋混凝土框架梁节点试件进行冲击荷载试验,研究了钢筋混凝土框架柱下支撑移去后框架梁的剪切破坏机理。试验中在两端固定的钢筋混凝土梁的1/4跨、1/2跨、3/4跨位置,通过施加荷载的方式来模拟次梁和现浇板传来的荷载,梁跨中通过自制的自动脱钩器移去等效柱来模拟结构在失去边跨中柱,框架梁跨度成倍增长时力学性能的变化。研究结果表明:当梁发生剪切破坏时,拱效应不能充分发挥,使得梁的极限承载力降低,所以在建筑结构抗倒塌设计时必须按照"强剪弱弯"的原则进行抗剪设计。     

多点冲击荷载作用下K6型单层球面网壳结构失效机理分析

为研究单层球面网壳结构在多点冲击荷载作用下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立了60m跨度的Kiewitt 6型单层球面网壳结构的有限元模型,将整个网壳结构沿肋杆分成6个不同扇区,沿环杆分成5个不同环区,分别对网壳结构在同一环区和同一扇区受到多点冲击时的动力响应及冲击全过程能量传递的规律进行了分析研究。基于网壳结构失效变形特点,定义了多点冲击荷载作用下单层球面网壳结构的4类失效模式;根据整个冲击过程中能量的传递特点,揭示了单层球面网壳结构每类失效模式所对应的失效机理。     

层状工程边坡振动失稳的物理模型试验研究

依据量纲分析法和相似定律,制作了顺层和反倾向岩质隧道边坡的物理模型,采用单向振动试验台施加动力荷载,利用摄像机记录模型边坡的变形破坏过程、加速度传感器采集边坡各部位加速度分布情况。试验结果表明:层状岩质边坡的变形破坏是受到结构面控制的,顺层边坡的破坏以剪切滑动破坏为主,而反倾向边坡的破坏以松散体塌落为主;另外,隧道洞口的破坏情况与洞口所处的高程有关,高坡位的隧道洞口在振动力作用下的破坏较为严重,而低坡位隧道洞口则容易被滑塌体堵塞洞口;模型边坡存在明显的"高程效应"和"趋表效应",不同结构面组合形式的边坡其加速度放大效应具有相似规律。     

冲击矿压危险预测的电磁辐射原理

由于煤岩冲击破裂过程中,裂缝的形成和颗粒的摩擦会产生电磁辐射,因此,可采用电磁辐射技术来预测煤矿的冲击矿压危险.研究表明,电磁辐射基本上随着加载及变形速率的增加而增强;在发生冲击性破坏以前,电磁辐射强度一般在某个值以下,而在冲击破坏时,电磁辐射强度突然增加;煤体应力越大,变形破裂越强烈,电磁辐射信号也越强.煤岩变形破坏的弹塑脆性模型分析表明,煤岩体的损伤速度与电磁辐射脉冲数、声发射事件数成正比,与瞬间释放的能量、变形速度成正比.对具有强冲击危险工作面进行的研究表明,电磁辐射完全可以预测煤矿冲击矿压危险,检验卸压爆破效果,而且准确率高,效果明显.     

煤矿巷道及围岩结构地震动力稳定性的影响因素研究

为深入研究地震动力荷载作用下煤矿巷道与围岩结构破坏坍塌机理,得到煤矿巷道与围岩结构的失稳破坏机制,基于有限元数值软件ANSYS/LS-DYNA分析了El Centro地震波作用下煤矿巷道与围岩结构的失稳演化过程,重点探讨了截面形式、地层地应力及埋置深度等因素对煤矿巷道及围岩结构动力响应的影响,研究发现:圆形截面形成煤矿巷道的抗震性能相对较好,明显强于拱形及矩形截面形成的巷道;埋置深度越深,煤矿巷道及围岩结构协同变形能力越差、越易发生动力失稳现象;随着深度的增加,截面形式对煤矿巷道及围岩结构动力稳定性的影响逐渐弱化。煤矿巷道的顶板、帮部及腰部等围岩位置属于薄弱部位,易发生拉裂破坏现象,应采取合理有效的锚固防护措施来保证煤矿巷道及围岩结构的动力稳定性。     

在地震与爆炸以及冲击载荷作用下分层弹性地基场地土贤向动力反…

对场对上按分层弹性地基土建立了合理的力学模型，通过动力分析，给出了分层弹性地基场地土竖向自振特性及在竖向地震与爆炸以及冲击载荷作用下强迫反应的解析解，文中的解析公式为分层弹性地基场地土的竖向动力反应分析提供了一种新的解析方法。     

Numerical simulation of attenuation and group velocity of guided ultrasonic wave in grouted rock bolts

In this paper, the guided ultrasonic wave propagating in grouted rock bolts was simulated with finite element method. An 800 mm partially grouted cylindrical rock bolt model was created. Dynamic input signals with frequency from 25 to 100 kHz were used to excite ultrasonic wave. The simulated waveform, group velocity and amplitude ratio matched well with the experimental results. This model made it possible to study the behaviour of the guided waves in the grouted bolt along its central axis. Analysis of the simulated results showed that the group velocity in grouted rock bolts is constant along the grouted length, and the boundary effect on the group velocity is negligible. This paper also presents methods to determine the attenuation coefficient from simulation and to determine the boundary effect on attenuation at the bolt ends. The analysis showed that the attenuation of the guided wave propagating inside the grouted bolts is similar to the theoretical solution in steel bar with infinite length. After correction for the boundary effects the grout length of a grouted rock bolt can be determined using the measured attenuation, with sufficient accuracy.     

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。     

Propagation properties of guided wave in the anchorage structure of rock bolts

We investigated the properties of guided wave propagating in grouted rock bolts and the formation of the interface wave through theoretical analysis along with experimental and numerical simulations. Experimental and numerical simulations reveal that the wave propagating in anchorage structure is related to boundary conditions within the range of excitation wave frequencies. Waves with different frequencies have different propagation velocities and attenuation characteristics. The optimal excitation wave occurs in grouted rock bolts with minimized attenuation and maximized propagation distance, and the end reflection of grouted rock bolts can be observed clearly. Longitudinal wave propagating in rock bolts is very sensitive to anchorage strength. With the increase of anchorage strength, longitudinal wave gradually attenuates and eventually disappears. Subsequently, interface wave appears and the velocity of wave propagating in the grouted part becomes that of the interface wave. Based on these studies, ultrasonic guided wave was used to study the end reflection of embedded rock bolts with different anchorage strengths and bonding lengths. The relationships among anchorage strength, bonding length and attenuation coefficient K, as well as the means to inspect the bonding quality of the embedded rock bolts were also evaluated.     

A new approach for field instrumentation in grouted rock bolt monitoring using guided ultrasonic waves

A rock bolt installed in the field for ground support has only one short exposed end on the rock surface. This condition has posed challenges in field instrumentation. In this paper, a new approach for field monitoring of grouted rock bolts using guided ultrasonic waves is proposed with the receiving transducer on the grout surface near the exposed end of the bolt. The effects of the receiver location are studied with numerical modeling. A location correction factor is introduced to correlate the amplitude ratio along the bolt and that on the grout surface. Experiments are conducted to verify the modeling results. This research indicates that it is practically possible to receive meaningful signals with the receiver on the grout surface and that with the recorded data the attenuation and wave velocity of guided waves in grouted rock bolts can be determined with reasonable accuracy. The proper receiver location is found to be 27 to 32 mm from the bolt center for the test condition.     

锚杆加固对石窟地震反应的影响

利用大型通用AD INA有限元分析软件进行动力分析,研究锚杆加固对石窟地震反应的影响。通过对无裂隙无锚杆、有裂隙无锚杆、有裂隙有锚杆和有裂隙有预应力锚杆4种模型的分析,研究了锚杆在石窟岩体加固中的作用。结果表明,锚杆的加固作用是明显的,在有裂隙的部位打入锚杆对石窟整体结构的安全性是有益处的。通过两条地震波作用下石窟的地震反应分析,指出了石窟结构在地震荷载作用下的薄弱部位,计算结果表明地震作用下薄弱部位多数发生在石窟的脚点附近,分析结果可作为石窟抗震设计的参考依据。     

基于敲击法的碳纤维板加固钢梁脱粘检测研究

碳纤维板与钢梁之间的界面连接情况影响着钢梁的加固效果以及承载性能的发挥,为更好地判别脱粘病害,探究出一种有效的界面脱粘位置定性识别方法。首先制作碳纤维板加固钢梁后的未脱粘试件和脱粘试件,然后通过采用局部敲击指定位置的方法来获取声音信号,并采用Welch功率谱密度(PSD)估计法和快速傅里叶变换(FFT)分析声音信号中的频谱特征。结果表明：从低阶振动频率范围0～500 Hz来看,PSD估计法的2条曲线峰值差别明显,存在脱粘损伤部位的PSD曲线峰值处频率较正常部位处峰值对应频率明显向0偏移,从工况1 PSD曲线中提取得到的平均一阶振动频率从定量的角度揭示出脱粘损伤部位与正常部位频率的变化,这与界面脱粘后局部刚度降低有关;与传统常用的FFT损伤定位方法相比,PSD曲线峰值相比FFT曲线峰值差异性更大,更容易判别出该位置是否发生了脱粘损伤。文章还探究不同属性锤头对试验结果的影响,为实际工程提供有效的参考。     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

水平地震力作用下岩体破坏机理探究

基于摩尔库伦强度准则和波动理论对地震作用下岩体的破坏机理进行研究。结果表明:当埋深在一定范围内,水平地震作用下岩体的内聚力c和正应力σn与振动速度和埋深呈线性关系。当埋深一定时,振动速度越大c值越小;在振动速度增大的过程中岩体的应力状态由压应力逐渐转变为拉应力,且拉应力随振动速度的增大而增大;当振动速度一定时,岩体埋深越大c值越小;埋深越浅,拉应力越大,当埋深达到一定值时岩体就只在其弹性极限内振动而不产生破坏。     

基于非接触式麦克风冲击共振测试的钢-混组合结构界面脱空损伤识别方法研究

针对现有无损检测技术在钢-混组合结构界面混凝土脱空损伤识别问题上普遍存在的测试成本高、识别精度有限及操作过程复杂等不足之处,提出了一种基于麦克风冲击共振测试的非接触式检测方法。首先,基于四边约束矩形薄板振动理论,将钢-混凝土板局部脱空处钢板简化为四边固支约束的板壳模型进行分析。通过在ABAQUS中建立考虑流-固耦合的钢-混凝土板有限元模型,将模拟所得脱空处钢板自振频率值与理论解析结果进行对比,证明该经验公式可有效适用于脱空区域处局部钢板自振频率的估计当中。其次,依据相关声学理论研究成果,利用所建立的有限元模型进行了外部激励下钢-混组合结构声压场信号分布特征研究,结果表明设置及未设置脱空损伤的有限元模型所产生的声压响应存在明显不同,且未脱空模型中信号响应具有幅值大、周期长等特征;同时,针对一钢-混凝土板设置了8种不同类型的损伤工况,并利用麦克风传感器分别进行了基于冲击共振测试的脱空损伤识别。试验结果表明,麦克风摆放位置对测试所得声压信号频响函数基本特征的影响程度并不显著;且针对本试验所设置的损伤工况,该方法基本均能实现有效识别,但对平面尺寸在60 mm以下区域的测试效果并不明显。最后,在对一特定损伤区域进行栅格化处理的基础上,通过开展基于麦克风冲击共振法的损伤成像测试,对该脱空区域的平面轮廓进行了有效识别。除此之外,将试验测试效果分别与传统红外热像检测法、超声波探测法进行了对比分析,验证了该麦克风冲击共振法能够较好地适用于钢-混组合结构的脱空损伤识别问题当中,且具有非接触式、测试成本低、识别效果显著及操作便捷等优点。     

引洮供水总干渠增湿黄土隧洞的动力特性分析

为了得到增湿后黄土围岩隧洞在地震作用下的动力特性, 基于初始弹性模量和抗剪强度指标与含水量的关系, 采用时程分析法, 对增湿情况下的黄土围岩-隧洞结构进行地震动力分析. 数值计算结果表明: 随着含水量的增加, 隧洞衬砌各部位主应力绝对值减小, 自振圆频率减小, 自振周期相应增大; 与输入的地震加速度峰值相比, 当黄土隧洞围岩含水量小于临界含水量时, 隧洞顶部加速度峰值大于输入地震加速度峰值, 大于临界含水量时则出现相反的结果; 同一含水量下, 隧洞衬砌对称部位最大、 最小主应力交替出现, 使隧洞衬砌材料发生疲劳损伤, 是隧洞衬砌破坏的主要原因. 本文研究结果可以为在不同含水量情况下黄土围岩-隧洞结构的抗震分析提供参考.