移动荷载作用下双层Euler梁模型土动力响应分析

本文以弹性波动理论为基础,利用分层法计算了双层连续支撑Euler梁下地基土的位移,同时考虑了不同的车辆荷载模型,并将计算的结果和单层Euler梁下地基土的位移进行了比较,比较表明：轨道结构本身和车辆悬挂体系具有一定的减振功能。因此,该研究对由交通荷载引起的环境振动分析和评价具有一定的应用价值。     

剪切梁式结构与弹性半空间的相互作用

本文利用均质剪切梁-扁平刚性基础-均匀弹性半空间模式导出了水平地震作用下结构-地基土相互作用的精确解。以无量纲形式给出了计算结构侧移及内力的表达式。利用若干算例讨论了结构-地基土相互作用对结构地震反应的影响。     

平面P-SV波入射时非均匀饱和土 自由场地的响应

基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显.      

阵列式位移计在动力测试中的应用

阵列式位移计（SAA）是一种基于微电子机械系统测试原理测试加速度和位移的传感器,具有精度高、可重复利用、自动实时采集等特点。该仪器装置可满足静态下岩土工程的变形测试要求,如边坡滑移、隧道、路基沉降、桥梁挠度等变形监测,也适用于动态下的加速度、位移、温度的测试。国内首次将阵列位移计（SAA）应用在大型振动台试验中,对桩基和刚性复合地基以及地基土在地震动作用下加速度和位移等动力响应进行研究。表明加速度动力系数在砂层中放大,软土中减小。随着输入地震动峰值的增大,地基土中不同深度测点的峰值加速度动力系数均有所降低,说明在累加地震作用下土体传递地震波的能力减弱。     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。     

考虑土-结构相互作用的西安钟楼地震反应分析

为探讨土-结构相互作用对西安钟楼地震反应的影响,建立了钟楼上部木结构-台基-地基三维有限元模型,基于粘-弹性人工边界条件,利用振型分解反应谱法进行了地震反应分析。结果表明,考虑相互作用木结构2层相对位移反应增大了2.12倍,台基相对于地面间的相对位移增大了44%。因此,在对钟楼结构进行地震反应分析时必须考虑土-结构相互作用。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式（两者之差即为加固区压缩变形量）。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

层状地基桩柱结构地震响应特性研究

为研究自然地质环境条件下非均质层状地基对结构物地震响应的影响,本文通过层状饱和土的刚度矩阵的建立,对不同夹层条件下的地基地震响应进行了对比研究。研究结果表明:相较于均质土层地基,由于非均质地基土层存在的非连续性界面,非均质夹层能明显影响地基的波动响应特征,对地震波有着显著的选择性滤波作用,尤其在含软夹层地基条件下能极大削弱入射波中的高频成分,而硬夹层则能极大滤除地震波中的低频成分。在对地基地震响应研究的基础上,通过对单桩和群桩码头结构的地震响应的数值模拟,对含夹层地基条件下不同刚度结构地震响应特性进行了对比研究。对比研究表明:对不同刚度的结构物,由于其固有自振频率的差异,不同夹层地基对其地震动力响应存在显著不同的影响规律,由于单桩结构较低的固有频率,使得其对低频波更为敏感,其固有振型在含软夹层地基条件下更容易被激发引起结构共振,而群桩结构则刚好相反,由于其更高的固有频率,在软夹层地基条件下由于高频波的滤除使得结构的地震动力响应显著降低,而在均质或含硬夹层条件下更容易激发其固有振型。通过对不同夹层地基条件下结构地震动力响应规律的研究,可以看出结构的地震动力响应同时受地基夹层条件以及结构自身动力特性的影响,相关研究结论可为非均质地基条件下的结构地震响应研究提供参考。     

层状饱水软土地基三维非轴对称动力响应分析方法

将饱水软土地基视为两相介质、考虑水的渗流和土骨架9变形的耦合作用，用Fourier展开和Hankel积分变换分析三维非称对称饱和弹性土层波动方程，用刚度矩阵方法，建立了层状饱和软土地基三维非轴对称动力响应的解析分析方法。以数值算例对比分析了单相土介质与两相饱和土介质三维非轴对称稳态动力响应，结果表明：在饱水软土地基动力响应分析中应该考虑土体中孔隙流体的影响。     

寒区桩基础的多场耦合分析模型及其应用

引入桩土相互作用的界面单元将冻土地基与混凝土桩联系起来, 考虑应力场、温度场、水份场三场耦合条件, 建立了冻土区桩土共同作用的粘弹塑性非线性有限元分析计算模式. 结合工程实例用本文方法对单桩冻胀过程中的应力场及位移场进行了计算, 着重揭示和研究了冻结过程中桩土间切向冻胀应力场、冻结应力场及位移场的随时间变化过程, 进而研究了单桩承载力冻结过程中的发生与发展的变化过程.     

考虑卸荷变形模量的坑底回弹变形计算方法

针对基坑开挖卸荷导致坑底土体回弹变形问题,考虑开挖卸荷过程中土体弹性模量随着卸荷应力路径变化的特征,推导在卸荷应力路径作用下土体变形模量的计算公式,考虑基坑的开挖为地表以下基坑开挖面处应力的变化,基于Mindlin应力解计算矩形基坑开挖卸荷引起的坑底土体附加应力,采用分层总和法计算基坑开挖引起的坑底土体的回弹变形,结合已有文献中的工程实例,采用该方法计算开挖引起的坑底隆起变形,并与实际监测数据对比分析表明,该方法能够有效预测基坑开挖引起的坑底隆起变形,能够作为基坑开挖坑底隆起变形的一种有效预测方法。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

Simplified longitudinal seismic response of tunnels linings subjected to surface waves

This paper presents an engineering approach for analysing the longitudinal behaviour of tunnels subjected to earthquakes. The tunnel is modelled as a Timoshenko beam connected to the far soil by means of continuous elastic support (Winkler model). Seismic free-field inputs, such as those caused by surface waves travelling parallel to the tunnel axis, were imposed at the base of the springs of the Winkler model, generating bending moments and shear forces on the cross-sections of the tunnel. Closed-form expressions of the tunnel displacements, shear forces, and bending moments were determined at any tunnel section in terms of the seismic excitation, tunnel geometry and material properties, and subgrade reaction modulus of the soil. A dimensional analysis was carried out to ascertain directly the maximum tunnel displacement, bending moment, and shear force.     

土体本构模型及简化模型对基坑开挖变形数值分析结果的影响

基于大型商用专用软件的数值模拟方法已成为基坑开挖稳定性分析的重要手段之一,但对变形的分析研究较少。通过分析基坑开挖引起的地表沉降变形、基坑侧壁水平位移及坑底隆起变形,研究ABAQUS软件内置土体本构模型及二维简化分析模型对基坑开挖数值模拟结果的影响,并给出基坑开挖三维模型简化成二维模型的适用条件,为基于ABAQUS软件的基坑开挖稳定性分析及变形数值模拟提供参考。     

液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。     

Dynamic investigation on the coupled changing process of moisture and density fields in freezing soil

The data reflecting the change in density are obtained, with computer tomograph scanning through the sample of freezing soil section by section at intervals without destruction. Combined with the changing characteristics of water content along the sample during test, the dynamic coupled process of moisture and density fields under the effect of temperature gradient on the freezing soil in closed system is discussed. The result reflects the internal process of frost heave improvement resulting from the transfer of mass and heat. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 49401003).     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

车辆荷载对软土地区海底沉管隧道的影响分析

假定软土地区海底沉管隧道地基土为Kelvin模型,车辆荷载是随时间变化的波动荷载形式,引入黏弹性地基梁模型,利用模态叠加法给出三种情况下沉管隧道的竖向位移、弯矩和地基反力的解答。结合天津海河沉管隧道工程实例,分析车辆速度、地基土模量对沉管隧道竖向位移及弯矩的影响。研究结果表明:车辆荷载引起的管段中点振动振幅达5mm左右,振动周期为0.25s;引起的管段中点弯矩为15 500kN·m左右,且车速越大,管段振动一个周期所需时间越短,振动越剧烈,但对振动幅度及弯矩影响不大;地基土模量越大,振动幅度和弯矩越小,但对周期影响不大。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

Sediment movement rates and processes on cinder cones in the maritime Subantarctic (Marion Island)

Sediment transport in the scoria areas of Marion Island is primarily the result of needle‐ice‐induced frost creep associated with diurnal soil frost cycles. Clasts move most rapidly in ?ne textured areas (532 mm a^?1; SD 382), more slowly in stony areas (161 mm a^?1; SD 179), and most slowly in blocky areas (26 mm a^?1; SD 23). Movement rates increase with increasing frost susceptibility of sediments, slope angle and altitude. The heave of dowels indicates that frost heave is active in all the scoria areas examined. The depth of effective frost heave increases with increasing altitude, with frost heave being restricted to the upper 100 mm of the soil in low altitude areas (<200 m). The heave of 150 mm dowels at the higher altitude sites provides evidence for segregation ice formation at depths greater than those associated with needle ice and diurnal soil frost cycles. Vertical movement pro?les show a concave downslope pro?le, with sediment movement rates being most rapid at the soil surface and decreasing rapidly with depth. This pro?le shape is typical of areas dominated by diurnal freeze–thaw cycles and needle ice. The capture of sediments moving downslope in troughs and the sampling of material lifted by needle ice, suggest that sediment transport by needle ice under present conditions is extremely effective. Observations suggest that although both ?ne material and clasts are transported downslope, some preferential transport of clasts occurs. Experiment results and observations of soil frost processes suggest that frost creep associated with needle ice activity is the dominant slope process in the scoria areas of Marion Island. Other slope processes such as slopewash and debris ?ows appear to play a relatively minor and localized role in sediment transport. It is suggested that needle ice activity is likely to be the dominant geomorphic agent in other areas of the Subantarctic with similar climatic characteristics to Marion Island. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.