离岸深水全直桩码头动力简化计算方法研究

离岸深水全直桩码头结构长期承受波浪力、撞击力等动荷载作用,仅从静力角度分析不能满足工程设计要求。为研究离岸深水全直桩码头结构动力简化计算方法,利用ABAQUS软件建立了全直桩码头的嵌固点模型和结构-地基相互作用的三维弹塑性有限元模型。基于所建立的有限元模型,采用模态分析法研究了上述码头结构的自振特性。分析表明,结构基本周期较长,与波浪力、撞击力荷载周期接近,结构动力响应突出。进一步计算发现,全直桩码头结构在波浪力、撞击力荷载作用下的动力响应有限元计算结果与采用单自由度系统位移动力放大系数理论公式计算结果吻合较好,由此提出全直桩码头结构动力响应可按单自由度系统位移动力放大系数理论公式进行简化计算。在此基础上,结合规范中的m法、p-y曲线法、NL法提出了上述码头结构动力简化计算方法,通过与动力有限元计算结果对比,验证了所建立简化计算方法的正确性。     

边坡稳定临界破坏状态的动力学评判方法

针对目前用有限单元法分析边坡稳定时,对临界状态判别存在的一些问题和不足,提出了边坡稳定临界破坏状态的动力学评判方法。该方法以加速度是否为零作为边坡是否稳定的判据,同静力方法相比,具有物理意义明确,计算易收敛等优点。在分析滑动本质的基础上,提出通过搜索剪应变最大的点以确定临界滑裂面的方法。算例证明了临界状态动力学评判方法的可靠性。     

基于遗传算法的边坡稳定性评价的动态聚类法

针对常规动态聚类方法对初始聚类中心的敏感性以及聚类结果与样本输入次序有关等问题，提出了基于遗传算法的边坡稳定性评价的动态聚类方法，此方法对三峡库岸36个边坡的研究结果表明，该方法是一个具有全局最优解的动态聚类方法，其结果明显好于常规动态聚类方法。     

基于超载法的拱坝坝肩地震动力稳定性方法研究

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点,然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法,将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合,提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先,基于有限元法开展实时动力分析,对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力,确定其主滑方向,而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数;同时,对瞬时动安全系数小于1.0的时段,进行加速度积分,求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据,通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例,开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析,验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明,沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2,右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明,该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠,具有较大的工程实用价值,为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。     

加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

强夯法加固地基的多重耦合分析

强夯法加固地基的机理非常复杂,影响因素众多,且涉及到多重耦合现象。笔者综合考虑地基士的流、固、动力耦合和地基与夯锤接触表面的动力耦合情况,给出了基于三维有限单元法的计算方法和迭代格式,并对一具体算例进行了耦合数值分析,总结了地基位移、应力及接触反力等在强夯作用时间内的变化规律和在空间上的分布特征。经与实际工程资料对比,结果令人满意。说明所建立的耦合方法可用于强夯加固法求解,并提出了适宜动力分析的有效方法,可应用于其它同类问题的分析计算中。     

Seismic behavior of slopes by lower bound dynamic shakedown theory

Lower bound dynamic shakedown theory is a limit state method. It is employed herein to investigate the safety, which is associated with permanent displacement, of slopes under repeated dynamic loads, mainly earthquakes. An efficient numerical method, previously applied to the static shakedown of pavements, is extended to the dynamic shakedown of slopes in this study. It is shown that dynamic shakedown, unlike other limit state methods, is able to consider the dynamic properties of both the load and subsoil. The effect of the soil strength parameters and dynamic features of the soil and loads are examined thoroughly and some illustrative examples are employed. The short-term and long-term behavior of slopes under seismic loads are studied as well, comparing results of the present study with the well-known displacement method of Newmark.     

考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析新方法

提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画,并根据边坡动力反应的能量分布特征,提取持续时间统计窗,用于对上述时间序列的统计分析,以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例,应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性,研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明： （1）新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段,使分析结果更为凝练、可信。（2）通过引入边坡失效状态的模糊判别,使得可靠性评价中能够考虑模糊性,解决了以往常规方法区分度不够的问题。（3）基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景,它在内涵上体现了可靠性分析,在形式上与静力稳定系数的定义兼容,在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值,在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性,因而具有多方面的优势。（4）就本案例而言,动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面,体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计,在动力条件下仍然具有积极的意义。（5）新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。     

一种求解动应力的新方法

本文利用地震波的耗损能量等于土体产生的变形能这一原理，对动应力进行了初步的研究，采用Voigit粘弹性模型，应用能量分析法，提出了一个求解动应力的简化公式。通过对比分析1976年唐山地震实例，表明文中提出的动应力公式比较简单实用，其计算结果合理，便于工程推广和应用。     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

盾构隧道抗震分析的静力推覆方法

利用动力时程法对盾构隧道进行抗震分析时,计算时间长,工作量大,土体本构以及阻尼的选择困难,不利于工程设计广泛应用。为了解决这些困难,借鉴地上结构静力推覆分析方法的思想,并结合盾构隧道的地震响应主要由周围土体的地震响应所控制的这一特点,改进了静力推覆方法中的水平加载模式,提出了适用于盾构隧道抗震分析的静力推覆分析方法,并引入了隧道倾斜度的概念来衡量隧道的抗震性能。此法通过对计算模型施加沿地层深度方向分布的倒三角侧向水平位移,来模拟地震对盾构隧道的作用,概念清楚,考虑了隧道与周围土体的相互作用,避免了在动力时程分析中所涉及的土体本构和阻尼的选择、计算模型边界条件等复杂问题,大大降低了盾构隧道抗震分析的难度,同时,可以得到隧道的抗震能力曲线。与动力时程分析的对比结果表明,在弹性阶段,此法的计算结果合理,具有较高的精度,适用于盾构隧道抗震设计。     

基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法

由人工截断边界输入地震波,通过时程积分法确定地震荷载作用下边坡的应力和变形,在人工截断边界上采用黏-弹性人工边界条件模拟地基辐射阻尼的影响。采用有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,以塑性区贯通时刻特征点的位移突变作为边坡失稳的评判标准。非线性有限元和黏-弹性人工边界条件结合运用,建立了基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法。该方法在稳定安全系数的定义上和传统的刚体极限平衡法是一致的。以十里铺水电站为工程实例,分析了库区边坡的抗震稳定性,得出了边坡动力位移时程和动力稳定安全系数,计算结果合理评价了实际工程在地震荷载下的稳定性。     

强夯法消除风积粉细砂湿陷性研究

沙漠地区的风积粉细砂具有轻微至严重的湿陷性,消除该类地基土的湿陷性是工程学术界亟待解决的问题。结合工程实例,采用强夯法加固风积粉细砂地基土,通过浅层平板载荷试验及室内土工试验检测加固情况,评价强夯法消除风积粉细砂地基湿陷性的效果及规律。结果表明,风积粉细砂的湿陷性主要受含水率及密实度的影响,含水率对于湿陷变形作用尤其突出;强夯施工前,应对场地洒水充足,使土体含水率达到最优含水率;强夯加固中,填方区最佳锤击数为10击,挖方区最佳锤击数为8击,坚持动态化设计信息化施工;强夯后,风积粉细砂的承载力是强夯前的两倍,在湿陷试验中风积粉细砂变形增量随时间变化较少;强夯法改善风积粉细砂湿陷性效果显著,其中,洒水是控制湿陷性的主要因素,强夯是次要因素。研究结果有助于为强夯法处理风积粉细砂地基的设计、施工提供参考,为同类型地基处理提供借鉴。     

多道瞬态瑞雷波法在地基强夯质量检测中的应用探讨

为了提高地基承载力,减少填土的不均匀沉降,对软土地基进行强夯加固是一种十分经济有效的地基处理方法。在沿海地区,填海工程和低丘整平地基处理中,大量使用强夯法。因此,强夯地基效果的检测十分重要。本文通过对多道瑞雷波法理论以及在强务地基检测应用效果的探讨,采用加权平均值法统计各测试．最地基土的承载力特征值,对整个测区的强夯效果进行全面评价。     

基于矢量匹配-劳斯法的群桩阻抗改进模型

采用薄层法算出群桩基础的频域阻抗,将群桩阻抗等效于一个单输入单输出系统,并表示为一个复数的频域传递函数。基于矢量匹配法（VF法）,通过对传递函数拟合得到任意分层地基的群桩阻抗函数的集总参数形式。采用VF法对整体频域拟合,可以得到多项分式分式阻抗形式,进而扩展成为Wu-Lee模型。结果表明,VF法拟合得到的动力柔度函数可以精确地匹配分层地基动力柔度函数,由于多项分式的形式可以直接扩展成为Wu-Lee集总参数模型,且数值稳定。对于高频阻抗拟合需要采用高阶数,进行劳斯（Routh）降阶,得到较好的效果。     

高速公路路基结构分析及动变形设计方法

考虑汽车运动荷载,基于实测路面不平整资料,对影响动荷载的因素进行分析,提出了动力设计荷载参数的建议值。通过Odemark模量和厚度当量假定,将公路结构简化为3层体系,并利用弹性动力学原理及Fourier变换方法获得了路基顶面动变形的计算式。结合现有规范关于路面弯沉控制的思想,考虑路面路基的相互作用及协调变形,给出了路基顶面的动变形控制标准和确定方法,依据此标准提出了一种路基动变形控制设计的方法。最后以3种典型沥青公路结构为例,进行了路基动变形控制设计。     

Arbitrary Lagrangian–Eulerian method for dynamic analysis of geotechnical problems

In this paper an arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) method to solve dynamic problems involving large deformation is presented. This ALE method is based upon the operator-split technique in which the material displacements and mesh displacements are uncoupled. A brief history of the ALE method is first presented and then special issues such as time-stepping, mesh refinement, energy absorbing boundaries, dynamic equilibrium checks and remapping of state variables are explained. The ALE method and the updated-lagrangian (UL) method are then used to analyse some geotechnical problems to examine the significance of inertia effects, large deformation and contact mechanics. The results show the efficiency of the ALE method for solving dynamic geotechnical problems involving large deformation.     

概率性分析在黄土场地动力沉降评价中的应用

天然黄土动残余应变研究主要依赖室内动三轴试验,如何将有限室内试验数据合理地应用于场地动力沉降的定量评价,是岩土地震工程领域中研究涉足尚少的重要科学问题。应用概率统计与蒙特卡洛模拟等非确定性分析方法,借助综合考虑固结应力、结构强度、空间体积特性和地震动荷载等动残余应变关键影响参量的估算模型,提出有效弱化土体物性参量不确定性（离散性与随机性）的场地动力沉降概率性评价的思路与方法。应用结果显示,利用该方法得出的场地动力沉降的概率分布特征,能够反映天然黄土动残余应变的基本认知特点,对明晰地震作用下天然黄土场地精细动力沉降特性以及据此采用适当合理的地基处理方法,具有理论意义与实用价值。     

冻结黏土的动力学参数确定方法研究

基于黏弹性理论,对土的动弹性模量和阻尼比确定方法进行探讨,并结合青藏铁路沿线黏土在一系列温度下的动三轴试验结果,给出冻结黏土的动弹性模量和阻尼比的确定方法.结果表明：冻结黏土的骨干曲线不是双曲线,建议通过滞回曲线求冻土的动弹性模量和动应变幅,从而获得它们之间的关系;不同计算方法得到的阻尼比随动应变幅的变化趋势基本相同,用滞后角法计算得到的阻尼比整体小于用能量损失法计算得到的阻尼比,建议采用相关函数法计算应变滞后于应力的滞后角,然后用滞后角法计算土的阻尼比;冻结黏土的阻尼比随动应变幅的增加而增大.     

基于实测动刚度的桥桩承载能力评估研究

提出了适用于批量评估分析的、基于实测动刚度的桥桩承载能力评估方法。结合某公路特大桥大批量桥墩基础评估加固工程,利用瞬态机械阻抗法对680根桥桩进行动测。通过基桩低应变完整性辅助测试及动刚度统计分析,推算了桥桩承载能力并给出加固建议。研究表明,对于桩身完整的桥桩,动刚度与承载能力在统计上具有明显的正相关关系;对于承受相近设计荷载的桥桩,测桩样本较大时动刚度值对桥桩完整性评估具有较好可信度。通过抽样取芯分析,验证了提出的桥桩承载能力评估方法具备较好的可靠性。