黄土暗穴对路面结构变形响应的影响分析

基于动力学基本方程,运用有限单元法（FEM）和NEWMARK隐式积分方法,对动荷载（FWD荷载）作用下路基下伏黄土暗穴对路面结构变形响应的影响进行了弹塑性数值分析。考虑到人工截断边界上波反射对计算结果的影响,分别用传递边界和半无限单元来处理侧面和底面边界。主要考虑了动荷载周期、暗穴洞径和埋深3个影响因素,并在计算结果的基础上分析总结了它们对路面结构变形响应的影响规律。     

公路黄土暗穴临界稳定埋深回归的预测方法及其程序实现

基于动力学基本方程,运用有限单元法（FEM）和NEWMARK隐式积分方法,对动荷载（FWD荷载）作用下路基下伏黄土暗穴动力稳定的临界埋深进行了弹塑性数值分析,考虑到人工截断边界上波反射对计算结果的影响,分别用传递边界和半无限单元来处理侧面和底面边界。在此基础上,对利用有限个数值分析结果进行不同洞径及位置暗穴临界稳定埋深的预测方法和步骤进行了分析,提出了一种基于洞径和中心距的双变量临界稳定埋深计算方法,并用VB6.0编制了计算程序LDMC。为验证程序的有效性,用3 m和5 m洞径的暗穴进行了对比分析,表明计算结果具有较高的精度,完全可满足实际工程的要求,同时指出了使用时应注意的问题。     

空沟对冲击荷载隔离的现场试验与数值模拟

在场地开挖了一条空沟,以落锤式弯沉仪（falling weight deflectometer,简写为FWD）的荷载模拟冲击荷载,通过FWD自带的传感器测得空沟后一定范围内的竖向位移。通过室内试验,获取试验场地的岩土参数,采用非线性动力有限元软件ABAQUS建立二维模型（将远处单元定义为无限单元来模拟吸收边界,从而避免振动波的来回反射）。以空沟中心线的现场测试数据为依据,校核有限元模型。通过分析不同工况模拟的竖向位移,研究得出空沟-荷载间距、沟深、沟宽等对隔振效果的影响。结果表明,(1) 空沟-荷载间距越小,隔振效果越好,但实际隔振工程中,为避免振动对空沟侧壁的稳定性的影响,空沟与振源不宜太近,因此可以不计空沟-荷载间距对隔振效果的影响;(2) 就提高隔振效果而言,增大沟深比增大沟宽更有效,而相同的隔振效果,窄-深沟的挖方量远小于宽-浅沟;(3) 在对冲击荷载进行隔振设计时,对于一般的民用和工业建筑,综合隔振效果、开挖和支护费用等因素,采用宽度为0.5～1.0 m,深度为2.0～2.5 m的空沟较为合理,与某工程实例进行比对,验证结论的合理性。     

局部复杂场地Rayleigh波传播特性分析的SBFEM模型研究

基于土-结构动力相互作用（SSI）的原理,将求解包含局部复杂地形的散射场问题,分解为规则开挖场地的动刚度、包含复杂构造散射体的动刚度和自由场波动输入3个问题的求解,并依据子结构控制方程,提出了一种高精度的比例边界有限（SBFEM）计算模型。通过计算半圆形河谷和半圆形沉积河谷两个算例,验证了SBFEM计算模型的正确性。较为系统地讨论了矩形峡谷、垂直断层和孤凸山体等常见复杂地形对Rayleigh波场的散射作用。结果表明：峡谷深度、软弱断层破碎带和孤凸山体对Rayleigh波都有一定阻挡作用;峡谷宽度、断层宽度和硬性断层填充物等因素对Rayleigh波散射作用影响不明显。SBFEM分析模型可应用于隔震沟、隔震帷幕设计,对大坝、桥梁等工程的选址提供有益的建议。     

并联基础隔震体系的隔震层力学特性研究

并联基础隔震结构是由橡胶隔震支座与摩擦滑移隔震支座并联组合形成的隔震结构,结构中两种型式的隔震支座相互取长补短,可以有效地降低隔震结构的造价。由于两种隔震支座竖向刚度的不同,在地震作用下,隔震层发生水平位移时,将引起轴力由橡胶隔震支座向摩擦滑移支座转移,这种轴力的重新分配对整个系统是有利的,使系统可以根据水平地震作用的大小来改变系统本身的耗能能力。根据合理的假设,推导了该种结构隔震支座的轴力随水平位移的变化关系,得出摩擦滑移隔震支座的力与位移曲线呈蝶形的结论。     

隔震技术

通过对地震的应力分析,建筑物抗震设计应该考虑对结构体系的地震反应进行控制。夹层橡胶垫隔震技术采用减震调整结构应力特性,使地震作用对上部结构产生的影响显著减小,因此夹层橡胶垫隔震技术是一项比较理想的控制地震反应的技术。     

层间隔震地震响应分析

为了研究层间隔震结构的减震效果和变化规律,通过运用SAP2000大型有限元分析软件,在建立层间隔震结构的三维模型基础上,设置所在不同的隔震层位置,对所建隔震结构模型进行仿真分析。输入选定的不同地震波,通过结构模型进行分析对比,得出层间隔震结构的变化规律和减震效果,同时讨论不同位置的隔震层对结构变化规律和减震效果的影响,从而验证层间隔震的有效性。     

二维饱和地基中空沟主动隔振分析

根据饱和土Biot理论,在频域内提出了一种适用于弹性波波动问题的有限元-无限元解法,其中有限单元用于近场介质的模拟,而形函数基于一维解析解答的无限单元则被用于人工边界,它可反映波传递到无限远处的特性;应用该法计算算例,以证明其有效性与正确性。在此基础上,对饱和地基中空沟主动隔振效果进行了详细的数值分析,结果表明,空沟深度是影响隔振效果的主要因素,一般沟深越大,隔振效果越好;当沟深一定时,空沟到振源的距离不宜超过1.5倍饱和土剪切波长;空沟的宽度对隔振效果的影响相对较小。     

并联基础隔震结构的地震随机响应分析

运用随机振动理论,分析了地震作用下并联基础隔震结构层间最大位移的概率统计特性,导出了其均值和均方差的计算公式。选用一个采用并联基础隔震的4层钢筋混凝土框架作为数值算例,通过地震随机响应分析,得出了隔震结构各层层间最大位移的均值及均方差响应,通过增大上部结构自振频率与隔震结构自振频率的比值以及增大隔震层的摩擦屈服剪力都可以降低隔震层最大位移的均值响应。     

饱和土体中空沟对移动荷载被动隔振的 2.5D边界元法分析

根据饱和土Biot理论及移动荷载特性,采用积分变换方法,推导了半无限饱和土体频域-波数内的边界积分方程,讨论了2.5D边界积分方程中Cauchy的奇异性,并分析了空沟对移动荷载引起饱和土体振动的被动隔振效果。通过与已知文献结果比较,验证了算法的正确性。数值结果表明,采用2.5D BEM不仅可以解决具有复杂表面的移动荷载作用下动力响应问题,而且可极大减小计算工作量。对于饱和土体受高速移动荷载作用,空沟更能有效减小土体孔压、竖向位移的振幅;当荷载速度较小时,空沟对土体表面的水平向位移几乎不起衰减作用,甚至有放大效应。另外,随空沟距振源的距离增大,空沟能够更好阻隔土体表面波传播。     

填充沟屏障远场被动隔振三维分析

把填充沟看作存在于弹性半空间的异质体,运用瑞利波散射的积分方程,对填充沟连续屏障远场被动隔振进行了三维分析,详细讨论了影响隔振效果的几个主要参数。研究表明,刚性材料比柔性材料具有更好的隔振效果,在隔振设计时应选择刚性屏障材料;填充沟的深度在一倍瑞利波波长内对隔振效果有较大影响,并且与宽度一起决定其隔振效果,但当屏障深度超过一倍瑞利波波长后,屏障深度对隔振效果的影响很小。     

地铁交通引起的建筑物振动实测与数值模拟分析

结合上海软土地区典型工程实例,现场实测地铁减振前后隧道内及邻近建筑物内的振动加速度,据此对地铁轨道减振效果进行分析评估。在此基础上,提出了有限元与无限元相结合的数值分析简化预估方法,预测地铁交通激发的周边建筑物振动响应,并将计算分析结果与实测结果进行对比,分析地铁交通引起邻近建筑物振动随楼层的变化规律,探讨不同因素对建筑物振动响应的影响。研究结果表明：（1）采用Vanguard扣件较科隆蛋扣件隧道内道床振级降低约16 dB,建筑物楼板中的振级降低10.9～21.1 dB,减振效果明显;（2）随着楼层的增高,楼板中振动的振级呈现先减小后增大的现象;（3）采用提出的数值分析得到的建筑物楼板振级和实测结果吻合较好,表明分析方法合理可行,为预测地铁周边建筑物振动提供一种快速简便的分析方法。     

基于岩石性质的钻进振动响应分析

岩石在钻头破岩工作时会产生振动,为了研究岩石特性对钻进过程中岩石振动的影响,提出一种基于振动的岩石特性识别方法。通过振动学理论和弹性力学知识建立岩石振动方程,利用数值模拟软件分析不同参数对岩石振动的影响。研究表明：冲击荷载下岩石产生振动,岩石特性对振动有紧密关系;岩石的密度、刚度和抗压强度对岩石的振动都有一定影响,其中岩石强度对振动的影响最为明显;岩石刚度越小,强度越小,在冲击荷载作用下,岩石振动越大。研究冲击钻进过程岩石的振动特性,对钻进参数设置以及岩性的识别有重要意义。     

A Numerical Study on the Screening of Blast-Induced Waves for Reducing Ground Vibration

Blasting is often a necessary part of mining and construction operations, and is the most cost-effective way to break rock, but blasting generates both noise and ground vibration. In urban areas, noise and vibration have an environmental impact, and cause structural damage to nearby structures. Various wave-screening methods have been used for many years to reduce blast-induced ground vibration. However, these methods have not been quantitatively studied for their reduction effect of ground vibration. The present study focused on the quantitative assessment of the effectiveness in vibration reduction of line-drilling as a screening method using a numerical method. Two numerical methods were used to analyze the reduction effect toward ground vibration, namely, the “distinct element method” and the “non-linear hydrocode.” The distinct element method, by particle flow code in two dimensions (PFC 2D), was used for two-dimensional parametric analyses, and some cases of two-dimensional analyses were analyzed three-dimensionally using AUTODYN 3D, the program of the non-linear hydrocode. To analyze the screening effectiveness of line-drilling, parametric analyses were carried out under various conditions, with the spacing, diameter of drill holes, distance between the blasthole and line-drilling, and the number of rows of drill holes, including their arrangement, used as parameters. The screening effectiveness was assessed via a comparison of the vibration amplitude between cases both with and without screening. Also, the frequency distribution of ground motion of the two cases was investigated through fast Fourier transform (FFT), with the differences also examined. From our study, it was concluded that line-drilling as a screening method of blast-induced waves was considerably effective under certain design conditions. The design details for field application have also been proposed.     

二维地基中空沟−波阻板联合隔振屏障分析

针对地基隔振控制,提出了一类新型的空沟?波阻板联合隔振屏障,并对其隔振性能进行了数值分析。首先,利用复伸展坐标变换,在频域内建立了完全匹配层（perfect matched layer, PML）吸收边界的控制方程;其次,利用Galerkin近似技术,给出了以位移为基本未知量的二阶非分裂格式PML的频域有限元计算列式;最后,通过数值算例分析了空沟?波阻板联合隔振屏障的物性参数（地基与波阻板的模量比）、几何参数（空沟深度、波阻板深度）以及载荷参数（振动波频率）等对其隔振性能的影响规律。结果表明,空沟?波阻板联合隔振屏障结合了空沟和波阻板各自的优势,可以有效地控制不同频率振源引起的地基振动。     

Effect of compressible parameters on vertical vibration of an elastic pile in multilayered poroelastic media

This paper mainly investigates the influences of compressible parameters on the vertical vibration of a pile embedded in layered poroelastic soil media. The pile is treated as a 1D elastic bar by the finite element method, and fundamental solutions for the layered poroelastic soils due to a vertical dynamic load are obtained by the analytical layer element method. Based on the compatibility conditions, the pile-soil dynamic interaction problem is solved. The numerical scheme has been compiled into a Fortran program for numerical calculation. Influences of the pile-soil stiffness ratio, compressible parameters, vibration frequency and the soil stratification are discussed.     

打桩振害机理与监测防治

本文分析了打桩振动的危害性、打桩振动的应力波、能量传递规律和打桩振动导致振害的各种制约因素及打桩振害的机理,同时提出了打桩振动的监测方法、评定标准和减振隔振措施,并结合两个工地的实测资料分析了打桩振动的防治措施。     

考虑累积损伤效应的围岩变形特性研究

隧道爆破开挖诱发的动力扰动作用范围往往远大于其开挖进尺,同一部位围岩受到循环爆破开挖的多次扰动普遍存在累积损伤。对乌东德水电站左岸导流洞爆破开挖过程中的爆破振动和围岩变形监测进行了监测和数值分析,基于累积损伤理论,通过引入损伤判据及损伤变量,考虑计算中产生的不同程度的损伤区域的岩体参数劣化,并将劣化后的参数引入相应损伤单元进行后续开挖爆破数值模拟计算,从而对岩体爆破开挖累积损伤效应进行模拟。通过比较乌东德水电站导流洞的实测数据以及数值模拟计算结果发现,考虑累积损伤的计算结果无论是爆破振动速度还是围岩变形均更接近于实测值。对爆破开挖的分析模拟中应考虑围岩的多次循环爆破累积损伤效应。     

Numerical and Experimental Study of Free Vibration Characteristics of a Cable-Stayed Bridge

INTRODUCTIONUnderstanding dynamic response andits correla-tion to the effects of traffic , wind and earthquake hasbecome one of the engineering challenges of cable-stayed bridges , since the cable-stayed bridges arepresently extending to medium- and long-spanlengths .Investigations of both the aerodynamic sta-bility and earthquake response of cable-stayed bridgesare dependent upon knowledge of the dynamic char-acteristics ,such as natural frequencies , mode shapesand modal damping values ,…     

基于有限元数值计算的爆破震动强度分析

爆破震动强度的预测一直是爆破震动危害控制的前提和基础,也是其研究的一个重要课题。基于有限元数值模拟方法的基础上对反映爆破震动强度的重要指标--质点振动速度的计算方法进行了探讨,并对空气和水两种不同间隔装药结构下的震动强度计算结果进行了对比分析。数值模拟结果表明,在爆心距不太大的情况下,计算结果与实测结果吻合较好,研究结果对爆破设计与施工有一定的指导意义。