液化场地地震反应的离散元数值模拟

采用一个描述饱和砂土中固相颗粒和液相流体耦合的离散元数值模型,固相颗粒采用离散元的颗粒流理论(PFC)模拟,液相流体通过求解平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)技术计算.采用上述模犁数值模拟了在地震荷载作用液化场地的加速度、剪应力、剪应变时程以及超孔隙水压力和土层表面位移的发展过程.数值模拟结果...     

基于颗粒流方法的黄土地震滑坡数值模拟

基于颗粒流理论研究土质边坡动力稳定性及其滑动过程是近年来滑坡研究的一个新热点。在野外调查和室内试验的基础上,通过标定土体细观参数、模型建立、动力输入、动态监测等过程,利用PFC2D程序模拟了西吉县兴平乡堡湾村下马达子滑坡的失稳破坏运动过程,得到了该滑坡的破坏运动机理。得到如下结论：(1)下马达子滑坡的失稳机制是在地震作用下斜坡前缘牵引、后缘推挤,使得坡肩受拉发生破坏,失稳后坡肩位置较大的速度和位移是地震滑坡破坏力强、致灾范围大的主要原因;(2)黄土地震滑坡的滑坡后壁相对平缓,这是区别于重力滑坡的重要特征之一;(3)颗粒流模拟得到的滑坡前后相对高差和长度与实际情况较为吻合,因此,颗粒流方法可以用于地震滑坡滑距的预测。     

液化场地桥台地震破坏模式研究综述

桥台是连接桥梁和路堤的重要结构,在桥梁的整个结构中占据了极其重要的位置。桥台破坏不仅引起自身功能丧失,还可能引发落梁等震害,并最终导致桥梁垮塌。而位于液化场地中的桥台,地震对其影响非常严重。目前国内对桥台震害的研究与我国快速发展的桥梁建设相比仍然不足。在查阅了大量国内外文献资料的基础上,针对液化场地桥台地震破坏模式的研究现状进行深入分析,总结了目前关于液化场地桥台震害破坏原因及破坏模式影响因素等问题的研究成果,论述了目前研究中存在的问题及以后的研究方向,探讨了地震区桥台震害研究领域需要解决的问题。     

云南鲁甸M_S6.5地震红石岩滑坡稳定性的数值模拟

2014年8月3日鲁甸MS6.5地震触发了大量的滑坡崩塌,其中,位于鲁甸县李家山村和巧家县红石岩村交界处的牛栏江干流北岸的红石岩滑坡规模巨大,与此处位于左岸的红石岩古滑坡体的前缘部分一起堵塞了牛栏江而形成高达120m、体积达1 200×104m3的大型堰塞体。通过震后开展的野外实地调查,获得了红石岩滑坡发生处的地形地貌、地质构造、岩体结构及物质组成等资料。以这些第一手资料为基础,构建了红石岩滑坡的边坡模型,并应用边坡稳定性分析软件Geo Studio中Slope/W模块分别计算了红石岩滑坡体震前坡体安全系数和地震作用下的坡体安全系数。结果表明,红石岩滑坡体发生处的坡体安全系数在地震前为1.450,处于相对稳定状态,而鲁甸地震的地震动作用则使坡体的安全系数降低至0.962,直接导致红石岩坡体的失稳。文中进一步讨论了坡体滑动面的存在与否对坡体稳定性的影响:安全系数计算的结果表明,在中强地震作用下,先存滑动面的存在是导致大型滑坡形成的重要条件;对于高陡岩质边坡,如果没有先存滑动面,只可能形成浅表性滑坡。     

高原地区路基地震液化数值模拟研究

在青海玉树地震之后,有大量路基出现由于液化而导致的病害问题。以青海S308线结古—曲麻莱段公路路基变形为例,通过FLAC3D数值模拟软件还原该路基在地震中的变形破坏过程,得出如下结论:(1)无地下水情况下,边坡出现明显塑性屈服的振动强度是0.6g,塑性屈服首先发生在填土厚度较薄的路基两端。(2)若砂土完全饱水,随振幅的增加,饱和砂土层液化趋势逐渐增强。振幅小于0.3g时砂土层没有液化。振幅为0.4g时5s以后砂土层出现液化;振幅大于0.5g以后,从振动的开始就出现了液化。(3)下伏饱和砂土的路基动力破坏机理为:饱和砂土层近地表处屈服屈服区在饱和砂土层中向中部扩展饱和砂土层屈服贯通饱和砂土层完全屈服填土后部首先破坏填土破坏区在填土-砂土界面向下扩展填土后部地表屈服开裂破坏区在填土内扩展。至最终破坏时,填土中后部大范围开裂屈服,但填土前部依然保持完整。     

梁的约束对液化场地桥台震害模式的影响分析

为深入研究液化场地梁的约束对桥台震害模式的影响,首先在对唐山地震中胜利桥震害调查的基础上,采用有限元软件UWLC对该桥震害进行数值模拟分析,并将数值模拟结果与实际震害结果进行对比验证。研究结果表明:数值模拟结果与实际震害结果基本一致,说明采用UWLC软件进行震害数值模拟分析是可行的。然后对有、无桩基条件下梁的约束力和液化层厚度对桥台震害模式的影响分别进行数值模拟分析。研究结果表明:在地震作用下,桥梁发生落梁破坏后会导致桥台的滑移破坏更为严重。与无桩基的重力式桥台不同,桩基桥台的震害模式均表现为前倾式破坏,这主要是因为桩基础限制了桥台底部的水平移动。梁的约束力对桩基桥台震后残余位移的影响程度要明显小于无桩基桥台。对于重力式桥台,液化砂层对地震波的中高频段有一定滤波作用,反映出液化层的减震作用;而对于桩基桥台,由于桩-土-台身的相互作用,液化砂层的减震效果不明显。     

基于颗粒流的地震液化型滑坡运动学特征分析

掌握滑坡运动学特征,针对运动学特征提出防治措施是减轻滑坡灾害的关键。在野外调查资料与土工试验的基础上,基于颗粒流离散元方法,研究了西吉县兴平乡堡湾村下马达子滑坡的发生过程,探索了黄土地震液化型滑坡的发生机理和运动规律,通过与未液化的地震滑坡进行对比,分析了地震液化对滑坡运动的影响,归纳地震液化型滑坡的运动学特征。具体分析结论如下：（1）液化模型较未液化模型更容易发生失稳破坏,速度更大、滑距更远、破坏性更强;（2）无论是液化模型还是未液化模型,坡肩位置都是地震滑坡发生失稳的关键部位;（3）斜坡液化后,在液化区附近的区域滑体会推动和冲击下部滑坡体,造成斜坡更大面积的失稳,这是液化型地震滑坡具有低角度,强破坏力特征的原因之一。     

地震前兆复杂性的数值模拟研究

本文选用向各异性的准弹性介质模型和震源组合模型，应用有限元数模拟方法，研究了短阶临阶段地震前兆的复杂性。给出：临震异常的显现程度取决于观测点距发震构造的贴近程度。观测点赵接近发震构造，异常越明显。在时间分布上，异常先在外围出现后在震中区出现，呈现为异常从外转播的特征。此外，对于在同一观测点上的多手段（多种物理量）观测，由于不同物理量各自依赖于孕震过程中不同的变化因子，因此，同一观测点上的不同物理量     

非饱和黄土动力液化研究 ——以党家岔滑坡为例

黄土具有极强的水敏性和动力易损性,黄土地区多次强震都引起过液化、滑坡等地质灾害,造成了严重的人员伤亡和财产损失,因此振动作用下高含水率黄土的液化问题不容忽视.在大量已有研究的基础上,以宁夏党家岔滑坡为例,研究振动作用下高含水率黄土的液化问题.现场调查发现高含水率滑带土并未达到完全饱和状态(饱和度达95％左右),在新鲜的...     

地震复杂性成因的数值模拟

以最简单的弹簧滑块模型为理论基础,由完全确定性的动力学公式出发,采用细胞自动机技术,研究模拟地震序列时、空、强复杂性的成因。当中公有非线性动力学因素时,模拟序列的时空强特征十分复杂,当引入弹性结构的不均匀性,模拟大事件的空间和强度特征明显受控于断层的不均匀性。由模拟结果推测认为地震的复杂性是由于地球的不均匀性和断层破裂的非线性动力学相互作用而引起的。     

自适应时间步长法及三维堤坝地震液化数值模拟

三维大模型数值计算因巨大的单元和结点数目而非常耗时,在地震响应分析中受计算时间步长的限值则更加耗时。在饱和砂土动力液化计算平台上开发时域离散误差评估方法和时间步长自适应调整的计算程序,并成功应用于三维堤坝地震液化响应分析。时域离散误差包括土骨架的位移误差和单元孔压误差,通过定义孔压误差影响系数计算出混合误差,根据混合误差和设定的误差允许值进行计算步长的自适应调整。在三维堤坝地震液化数值模拟中,采用自适应时间步长法有效避免小步长精确但耗时、大步长省时而不精确的缺点。在大模型和超大模型计算中,最优调整每一步的计算时间步长,完美实现既节省时间又不失精度的时域离散策略。     

上游型尾矿坝液化前后渗流场与孔压分布数值模拟

针对地震(或静力)液化作用对尾矿坝渗流场和孔压分布的影响进行研究,基于多孔介质渗流理论,考虑到尾矿坝渗流特性,编写分析程序SAFTD。根据程序假设的初始浸润面,通过调整浸润面处网格迭代求解最终浸润面的位置,选取一个经典算例验证程序的可靠性。针对典型的上游法尾矿库,采用SAFTD程序分析液化前后尾矿坝的渗流场与孔压分布特征。数值模拟结果表明,液化后尾矿坝的浸润面中间部分发生明显抬升,而在入渗点处和出渗点附近变化不大;液化后尾矿坝的孔压明显增加,坝体内部孔压增大约18%~280%,最大的孔压增量发生在初期坝的右下部,数值模拟结果与Ishihara对Mochikoshi 2号坝的分析结果相似。     

中国西北黄土地区地震滑坡基本特征

针对西北黄土地区地震滑坡灾害严重的现象,对1654年天水南8．0级、1718年通渭7．5级、1920年海原8.5级和1927年古浪8．0级地震诱发的147个典型黄土地震滑坡进行了研究,分析了黄土地震滑坡的主要类型和基本特征,为黄土地区地震滑坡灾害的预防提供了科学依据。     

含弱渗透性覆盖层饱和砂土地震液化特性研究

针对含弱渗透性覆盖层的饱和砂土地基进行一组离心机振动台试验,并采用OpenSees对试验模型进行数值模拟。通过模型试验与数值模拟结果对比讨论OpenSees对于饱和砂土地基地震液化模拟的精度;采用水平方向的Arias强度表示传入某一位置的地震动强度,并以液化时水平方向Arias强度作为该土层的抗液化强度;采用OpenSees计算不同地震动输入时饱和砂土的反应,以此检验Arias强度作为抗液化强度的准确性。结果表明,引起饱和砂土液化所需要的地震动强度随深度增加而增加;当传入的地震强度达到砂土发生液化所需要的地震强度时,该层砂土将会发生液化。     

汶上县城区砂土地震液化调查分析

通过钻孔、标准贯入试验等手段,对汶上县城区进行砂土地震液化调查分析。划分砂土液化等级,并给出汶上县城区在Ⅶ度、Ⅷ度时的砂土液化分布图,为城市建设工程抗震设防提供依据。     

各向异性介质地震波场数值模拟及特征分析

由于各向异性广泛存在于地下岩石中,随着勘探精度的不断提高,对地下介质的各向同性假设越来越不能够满足于现状,因此对各向异性介质的数值模拟显得更为重要。本文推导了各向异性介质的弹性波动方程,总结了震源类型,通过PML方法处理了人工边界问题,通过快照分析验证了数值频散、稳定性条件。研究结果表明:① PML完全匹配层,可较好地解决人工边界问题;②减小空间采样间隔压制数值频散比减小时间采样间隔效果要好得多,盲目减小时间采样间隔会大大降低数值模拟的运算效率;③各向异性介质中弹性波场中除含有准纵波外,还含有速度较慢的准横波;④准纵波波前能量要比由各向异性引起的准横波能量强,准纵波和准横波的波前随着各向异性介质参数的变化而变化。     

遮帘式板桩码头地基地震液化破坏机理

遮帘式板桩码头作为一种新型的板桩结构型式,其抗震性能研究是设计建造过程中的重要环节。在FEM-FDM水土耦合计算的平台上引入循环弹塑性本构模型,借助FORTRAN编程软件形成饱和砂土动力液化分析的数值方法,可有效模拟饱和砂土在地震动力作用下的非线性及大变形特性,同时也可模拟砂土液化流动对遮帘桩和前墙的动土压力。研究表明:地震作用下可液化土层超孔隙水压力比增长并发生较大的水平流动变形,对前墙的水平破坏大于竖向破坏;前墙剪力最大值位于海床与前墙交界处;遮帘桩剪力最大值位移与前墙底平行的位置;后拉杆拉力逐渐变大,前拉杆拉力逐渐变小。通过对板桩码头地震液化灾害的分析,可为抗震和抗液化设计提供参考依据。     

饱和砂土中箱型隧道的地震反应分析

饱和砂土地基在地震作用下存在液化的潜在危险,液化引起的地基失效可能会导致地下结构的严重震害。以Opensees作为计算平台,对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行输入不同幅值地震动时的动力数值计算,研究场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的震后位移以及隧道的内力分布。计算结果表明,饱和砂土中箱型隧道的地震附加内力仍受周围土体的相对位移控制,此外在震后隧道可能会产生侧移和上浮的永久位移,并且可能存在残余内力。     

基于Revit平台设计建筑模型的钢网架结构抗震性能数值模拟

研究基于Revit平台设计建筑模型的钢网架结构抗震性能数值模拟方法,对于提高钢网架结构抗震性能以及安全性具有重要应用价值。该方法依据标高和轴网的定位信息设计钢网架建筑构件及结构构件后,通过Revit软件平台确定实例钢网架结构建筑模型大体框架;采用绑定约束以及接触约束方法,分别实现建筑模型杆件-梁以及混凝土-型钢间的约束,并采用位移控制加载方法在得到的建筑模型杆顶以及梁与轴线方向加载轴向荷载和往复荷载。采用TurnTool虚拟仿真软件,进行钢网架结构抗震性数值模拟。结果显示:在低周往复荷载作用下钢网架结构荷载与位移的变化较为稳定;在低周往复荷载作用下的塑性阶段时,结构的纵向系杆对混凝土存在约束效果,构件间距越小该结构的延性就越好,纵向系杆能够提高实例钢网架结构的受力性;不同地震波作用下钢网架结构楼层节点位移随着楼层的增高而加大,证明了所设计模型的抗震模拟结果准确性较高。