基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

无砟轨动车组运行激励场地振动谱分析

为研究CRH2动车组在无砟轨道段运行引起的场地加速度振动的频谱特性,本文对我国首条无砟轨道段(渝遂铁路二岩隧道—湾里头隧道段)动车组运行时的场地振动进行了现场实测;对实测竖向振动加速度时程进行1/3倍频谱分析表明:地面竖向振动加速度随着与振源距离的增大而明显衰减,随车速增大场地振动强度增强;应用正交HHT变换,对加速度时程进行了Hilbert谱分析,获得了地面竖向振动加速度的主频为10~120Hz、振动传播高频成分衰减较快等频谱特性;最后,将Hilbert边际谱与傅里叶谱进行了对比分析,得到了两种方法分析振动信号频谱特性表现出的差异性。     

城市软土地基组合锤法强夯施工振动效应研究

为研究组合锤法强夯振动对周边场地环境的影响,对南昌市某软土地基进行现场原位试验。考虑距强夯点的距离、振动方向及锤击次数的影响,在各监测点分别布置水平东西、南北向和竖向振动传感器。结果表明:采用组合锤法进行地基强夯施工时,场地竖向振动是需重点监测的内容,振动响应随监测点与强夯点距离的增大而减小;距强夯点50 m范围处地面振动速度衰减至0.2 cm/s以下,可根据地面振动速度确定安全施工范围;地面加速度受锤击次数的影响较大,且水平向加速度对锤击次数的敏感性略高于竖向,锤击次数对地面水平向振动的影响不可忽略;基于试验数据和波源振动理论建立的振动加速度衰减模型综合考虑了距强夯点的距离、振动方向和修正系数（锤击次数的影响）,经算例验证具有较强的适用性,可为同类场地采用组合锤法强夯施工提供参考。     

某水工隧洞爆破震动对周边建筑物影响的试验分析

隧道开挖时的爆破震动对周边建筑物安全影响很大,但目前对不同爆破参数、周边建筑的距离与爆破开挖之间关系的研究成果不多,实际工程中也难以把握。以宁夏固原市某水工隧道工程为依托,采用现场试验的方法,对地表关键位置质点爆破振动频率与振动速度进行测试和分析。结果表明:(1)经测试发现房屋主振频率在10~60Hz间,而一般房屋建筑的频率均小于10Hz,说明此次试验中爆破震动不能与房屋产生共振。(2)对试验数据进行分析,并依据爆破震动规范安全振速标准进行判别,发现此次试验中土坯房的安全距离为160 m,一般砖房为60 m。研究结果可为隧道爆破的设计与施工提供理论依据,为类似隧道的爆破工程及解决由爆破引起的纠纷提供借鉴。     

沪宁城际铁路高架桥段CRH动车组运行引起的地面振动现场测试与分析

对沪宁城际铁路CRH动车组运行引起的高架桥段地面振动竖向速度和加速度进行了现场测试,分析了地面振动特征及其传播的衰减规律。结果表明：CRH动车组运行引起的地面振动主频在70Hz以下,属于低频振动;地面振动峰值速度和加速度随着离高架桥距离的增大而减小,20m以内地面振动衰减幅度较大;地面振动峰值随列车时速的提高而增大,车厢数量对地面振动峰值和主频成分的影响不明显;CRH动车组运行引起的地面振动对一般性建筑物影响不大,列车时速为300km左右时,地面振动速度超过办公室等公共建筑的允许值,列车时速为200km左右时,地面振动速度超过居民住宅的允许值;与其他高速铁路的地面振动实测值相比,沪宁城际铁路CRH动车组运行引起的高架桥段地面振动强度相对较低。     

土-结构相互作用效应对结构基底地震动影响的试验研究

利用土与结构动力相互作用振动台模型试验数据,通过各种试验工况下土层表面与基础表面加速度反应的比较,深入探讨了土与结构动力相互作用效应对高层建筑结构基底地震动的影响。从输入地震动频谱特性、输入地震动强度水平和上部结构动力特性3个方面详细分析了与SSI效应对高层建筑基底震动影响程度有关的一些因素。结果表明：SSI效应对高层建筑基底地震动的影响与输入地震波的动力特性有很大关系。在地震动的频谱成分方面,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响主要体现为土层表面和基础表面在与输入地震动卓越频率相近处的频谱成分有较大差异;SSI效应对高层建筑基底地震动的影响程度随着输入加速度峰值水平的增加而减小;在某一特定地震波作用下,当上部结构的振动频率与地震地面运动的卓越频率相近时,SSI效应对高层建筑基底地震动的影响较为强烈。     

G7公路甘肃段爆破施工对土遗址震动影响的检测与分析

近年来土遗址受城市建设和交通施工损害的现象时有发生,对于这些人为因素对遗址的影响缺乏有效的检测与评估手段。本文基于G7高速公路的爆破振动观测,进行质点峰值加速度和峰值速度的衰减分析,开展爆破震动对附近明水军事要塞土遗址震动影响的研究。通过对竖向、水平向的振动加速度和速度的观测和数据分析,得出不同药量条件下,对应相同质点的震动峰值加速度衰减规律。提出了公路爆破附近土遗址震动控制范围和最大药量的施工建议,为爆破附近有土遗址的施工提供了数据支持,相应的结论和建议可以在同类土遗址保护中参考使用。     

地震频谱特性对高速列车车体振动的影响分析

为研究不同频谱特性的地震作用对高速列车振动的影响,本文建立31自由度的机车模型,利用三角级数法生成轨道不平顺。通过在水平、竖直两个方向输入不同频谱特性的三条地震波,主要从频域角度分析总结了不同车速和不同地震峰值加速度下车体的垂直和横向加速度。结果表明,地震对车体横向振动的影响大于垂向;地震动的低频成分居多时,会使得车体振动响应增大。地震峰值加速度对车体振动有较大影响且车速和地震峰值加速度共同控制车体的横向和垂向振动主频。列车运行时,若遇到卓越频率低且峰值加速度较大的地震激励。     

地震作用下高填减载明洞土压力研究

针对西北黄土高原地区高填方减载明洞工程,明洞顶部铺设EPS板可以有效减小明洞周围土压力,保证结构安全。然而,由于填土的动力高敏感性,地震作用将会对已经稳定的回填土体产生扰动,导致明洞结构周围土压力发生较大变动,对明洞结构造成不利影响。因此,采用数值模拟方式,对地震作用下的高填减载明洞周围土压力变化特性及土拱效应进行研究。研究结果表明:地震作用下,由于减载作用产生的土拱效应始终存在,使得土拱高度降低和效应减弱;明洞顶部竖向动土压力时程曲线在距明洞中央0~5 m范围内变化趋势一致,在距中央5~7 m范围内变化趋势相反,当明洞顶竖向动土压力达到峰值时,平均竖向动土压力为平均竖向静土压力的1.14倍;明洞两侧水平动土压力时程曲线变化趋势呈“此消彼长”状态,当水平动土压力达到峰值时,平均水平动土压力为平均水平静土压力的2.89倍。     

隧道爆破开挖条件下地表建筑振动速度响应研究

为了研究隧道爆破开挖条件下地表建筑的振动速度响应规律,以福州高速公路魁岐1号隧道工程为例,对隧道上部地表建筑进行振动速度监测,同时结合隧道现场的实际施工情况,利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对隧道爆破开挖引起的地表建筑的振动速度响应进行了数值模拟。通过分析现场实测和数值模拟结果得出以下结论:对比不同爆源条件下,地表建筑测点的峰值振动速度随爆源距的增大而减小,而在相同爆源条件下,地表建筑测点的峰值振动速度随爆源距的增大呈现先减小而后迅速增大的现象;地表建筑测点的峰值振动速度随测点高度的增大有明显的放大效应,且测点高度越大,放大效应越明显;隧道开挖成型后的空洞对于地表建筑测点的峰值振动速度具有明显的空洞放大效应,且空洞距离建筑越近,放大效应越明显;考虑建筑测点峰值振动速度的空洞放大效应时,隧道开挖宜采用先开挖深埋硐室后开挖浅埋硐室的施工顺序。     

地震动反应谱与RC框架结构地震响应相关性分析

弹塑性时程分析一般用来评估和验算结构抗震性能,如何选取合适的输入地震动是其中关键工作之一。为给结构弹塑性时程分析选取地震动提供合理的参考参数,本文讨论了地震动反应谱参数与结构地震响应之间的相关性。首先建立了6层和7层两个钢筋混凝土(RC)框架结构数值模型,分别对两个结构进行了大量地震动作用下的时程反应分析,并考察了地震反应特点;然后将结构地震响应与地震动反应谱参数建立关系并进行了相关性分析。结果表明:对RC框架而言,结构地震响应与弹性谱参数相关性较小,与等强度反应谱相关性随标准屈服强度降低而增大,与等延性反应谱相关性随延性增大而增大,而与地震动输入能量谱在标准屈服强度较小时相关性最大。建议RC框架结构在进行地震反应时程分析时,可以参考地震动的弹塑性输入能量谱、等强度速度谱和等延性加速度或位移谱,以选取引起结构不同地震反应水平的输入地震动。本文结果和结论可供结构弹塑性时程分析选取合适的输入地震动参考。     

框架结构的输入地震动记录调幅方法试验研究

为了确定框架结构弹塑性时程分析时输入地震动记录的调幅方法,本文利用一个1/40比例的框架结构振动台试验研究了四种地震动记录调幅方法的适用性。利用四种地震动记录调幅方法对20条地震动记录调幅,通过振动台依次输入不同周期的框架结构中,通过分析结构顶层的层间位移角和最大加速度两个参数的变异系数,确定最适宜此种结构体系的地震动记录调幅方法。研究表明,当结构的基本周期可以准确确定时,利用S_a(T_1)调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当结构的基本周期不确定时,利用MIV调幅方法得到的地震动记录引起结构响应的离散程度最小;当周期有30%的变化时,ASCE调幅方法引起结构的最大加速度的变异系数波动不大,相对比较稳定;无论何时PGA调幅方法得到的变异系数都是最大,表明此法得到的离散程度最大。建议在对框架结构进行时程分析时,对于确定性周期的结构采用S_a(T_1)调幅方法,对于不确定性周期的结构采用MIV调幅方法,ASCE和PGA调幅方法不宜采用。     

砾性土剪切波速影响因素试验研究

剪切波速被认为是砾性土液化判别的有效指标,为探究砾性土剪切波速的影响因素,设计四因素三水准试验,利用GDS大型三轴-剪切波速设备研究含砾量、相对密度、固结应力和应力比等因素对砾性土剪切波速的影响。试验结果表明:砾性土的剪切波速与前述因素都有较好的相关性;当含砾量、相对密度、固结应力、应力比等增大,砾性土的剪切波速也随之增大;四个因素对砾性土剪切波速的影响程度与模式存在差异,其中固结应力是最为显著的影响因素。     

新型地震预警方法研究及预警能力分析

本文研究了一种不同于传统地震预警方法的新型预警方法。这种预警方法利用数据同化技术对实时波动场进行精确估计,然后再利用基于辐射传输理论的蒙特卡洛直接模拟法对波动能量的传播做数值模拟,并最终计算预警目标区烈度并做阈值判断发出预警警报。整个预警过程无需触发、无需定位、无需测定震级、无需利用衰减关系,较传统预警方法具有明显不同的技术手段,比较有效避免了传统地震预警方法中一系列基于经验统计规律的误差累积和单纯依靠初至P波信息在应对复杂地震时的局限性。本文选择了2011年3月11日日本M_w9.0地震和2016年2月6日台湾M_w6.7美浓地震作为预警模拟震例,分析并论证了本文预警方法在处理网外地震、网内地震以及复杂地震时的预警能力,最终得出本文预警方法在应对网内地震时具有良好的预警准确性和时效性,以及相对于传统预警方法在处理复杂地震时具有较大的优势。最后,总结并展望了本文研究工作的不足之处和有待继续研究的地方。     

不同减隔震措施下平板支座抗震性能试验研究

为探究不同减隔震措施对短边距混凝土网架平板支座的抗震性能和破坏模式的影响,分别针对不同混凝土边缘距离以及采用不同减隔震措施的四个平板支座缩尺试件进行拟静力加载试验,对平板支座破坏模式、滞回曲线、箍筋应变进行分析。试验结果表明:平板支座的运动伴随着平动和转动。当混凝土边距不足时,边缘混凝土在压剪作用下,会发生冲切破坏。开长孔支座能较好的释放水平位移,并且对锚栓约束较弱,使其受力较小,从而减轻了边缘混凝土的受力。对采用橡胶垫板的支座,混凝土边缘未发生破坏,原因是橡胶垫具有良好的变形能力,可以释放支座的位移和转角,使得边缘混凝土受力较小。因此,针对混凝土边缘距离较短的平板支座节点,为防止混凝土发生边缘破坏,可采用开长孔支座,但需要对孔长进行合理的设计。采用橡胶垫支座也可避免混凝土发生边缘破坏,橡胶垫板可按照我国相关设计规范进行设计。     

九寨沟7.0级地震中典型非结构构件震害特征

九寨沟7.0地震给九寨沟地区建筑结构及非结构构件造成了严重破坏。本文主要涉及调查区域包括漳扎镇、甲藩古城、若尔盖县阿西茸乡、求吉乡及包座乡等。主要调查框架结构、砖混结构、大跨空间结构以及木结构的非结构构件震害。此次调查的结构多数是2000年以后建造,8度设防,在2008年汶川地震中主体结构和非结构构件均未受到影响。在此次地震中,非结构构件大量损坏,破坏主要以框架、砌体填充墙开裂或变形或局部倒塌、吊顶脱落、地板隆起、吊顶设备掉落、玻璃震碎等震害为主。调查结果表明,与以往地震不同,Ⅷ度区内仅有的三个大跨度结构均发生不同程度的破坏,其中一个结构出现节点破坏,此次地震中大跨空间结构非结构构件震损尤为明显,非结构构件设备损失最为严重。另一个不同于以往地震震害的是位于Ⅵ度区山坡上的木结构非结构震害明显比坡下要严重一些。     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。     

利用地面激光与地质雷达综合探测活断层浅层三维结构——以川西理塘毛垭坝盆地北缘正断层为例

快速获取活断层的高精度微地貌形态和对应的浅层三维结构是揭示活断层浅地表形迹与活动特征的关键。文中综合利用地面三维激光扫描仪和地质雷达技术,以川西理塘地区毛垭坝盆地北缘主边界断裂禾尼段的正断层崖为研究对象,获取了该处正断层错动2期最新地貌面的精确地表垂直位移量和浅层二维地质雷达图像,并初步建立了基于地面三维激光与地质雷达的活断层微地貌精细化三维测量方法,构建了断层崖微地貌的精细三维模型和浅表三维图像,揭示了正断层崖处发育的伸展地堑结构,同时初步实现了断层微地貌地表地下三维数据的一体化融合显示及相互解译。应用结果表明,该方法可以同时快速、高效、无损地获取大范围内的活断层微地貌及浅层结构的多层次、多视觉的空间数据,极大地提高了对活动断层微地貌形态与浅层结构进行快速调查与研究的精度和认识水平,也为更全面地认识和理解活断层的空间分布与变形特征、活动习性和多期古地震遗迹等提供重要的数据和方法支持。因此,对该方法的继续探索和完善,将显著提升和扩展其在活断层定量化和精细化研究中的实用性及应用前景。     

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。