基于磁悬浮理论的自适应抗拔摩擦摆隔震支座力学性能研究

为解决摩擦摆隔震支座抗拔能力不足的问题并优化其隔震性能,将传统的摩擦摆支座(FPB)和半主动控制思想相结合,提出一种自适应磁悬浮抗拔摩擦摆隔震支座(AMFPB)。基于磁路理论进行理论分析,推导出U型电磁铁的电磁力公式,以及AMFPB刚度、周期和等效阻尼比计算公式;对U型电磁铁进行位移-电磁力试验分析,建立AMFPB有限元模型,并对不同位移幅值、不同电磁铁匝数和输入电流下支座的滞回特性和抗拔性能进行分析。研究结果表明：U型电磁铁的位移-电磁力试验结果与理论结果吻合度较好,计算得到的AMFPB滞回曲线与数值模拟结果基本相同。AMFPB随滑动位移的增加可调节自身的刚度及耗能,有利于支座位移的控制。     

摩擦摆隔震支座理论分析与数值模拟研究

介绍了摩擦摆隔震支座的基本构成和隔震原理。利用力学平衡原理,对摩擦摆隔震支座进行了理论分析,推导了摩擦摆隔震支座的刚度和等效粘滞阻尼比,构造了摩擦摆隔震支座的滞回模型,并探讨了该支座的自回复能力,得到了其最大残余位移计算公式。采用有限元软件ABAQUS,对摩擦摆隔震支座进行实体单元建模,模拟低周反复荷载作用下,该支座的滞回特性与回复特性。研究结果表明：①理论分析和数值模拟结果吻合较好,验证了提出的滞回模型和最大残余位移计算公式的正确性;②摩擦摆隔震支座的滞回曲线饱满,具有良好的滞回性能;③摩擦摆隔震支座的刚度与球面半径成反比,可能的最大残余位移为摩擦系数和球面半径的乘积;④该支座的最大应力出现在支座处于设计位移的时刻,且一般位于滑块或支座板球铰面边缘。     

支座摩擦系数对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对不同地震烈度作用下的摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,分析了支座摩擦系数对支座位移、楼层加速度和楼层剪力的影响。结果表明随着摩擦摆支座摩擦系数的增大,支座位移逐渐减小,而结构的加速度和楼层剪力逐渐增大;随着地震作用强度的提高,摩擦系数对支座位移的影响逐渐增大,而摩擦系数对结构加速度和楼层剪力的影响逐渐减小。     

支座滑道半径对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,研究了支座滑道半径对支座位移、楼层加速度和楼层剪力的影响,表明当支座的摩擦系数较小时,随着支座滑道半径的增大,隔震结构的自振周期增大,摩擦摆支座位移逐渐增大,结构的加速度反应和楼层剪力减小当支座的摩擦系数较大时,改变支座的滑道半径,调整基础隔震结构周期对支座位移、结构加速度反应和...     

摩擦摆隔震双层球面网壳结构的多维地震响应

将摩擦摆(FPS)引入到网壳结构的隔震控制中。文中首先阐明了FPS的工作机理和本构关系,建立了FPS隔震网壳结构的振动方程。通过双层球面网壳结构的数值算例考察了隔震和无控结构在单向和三向地震作用下的振动响应以及FPS的控制效果。研究结果表明,FPS具有良好的隔震和耗能效果,可有效地应用于球面网壳结构的振动控制。     

铁路连续梁拱组合桥基于摩擦摆支座的减隔震研究

研究了铁路连续梁拱组合体系桥梁的支座减、隔震设计.针对该桥梁的特点提出了摩擦摆支座减、隔震设计的原则与方法;建立全桥计算模型,采用非线性时程分析方法重点分析了摩擦摆支座的减、隔震效果.结果表明,采用摩擦摆支座可以显著地减小结构顺桥向的最大地震弯矩及拱顶变形,横桥向的减、隔震效果受输入地震动的影响很大.     

受断层构造影响的深部岩体现场调查及力学特征分析

为了掌握断层构造带对周围岩体地质力学的影响程度及范围,以金川Ⅲ矿区+1165m水平巷道为工程背景,进行了现场调查、试验研究和理论分析等研究.首先,在了解工程概况的基础上,分别分析了主要构造、地层岩性和地应力分布规律.然后,采用详细线观测法进行结构面的现场调查,结果表明越靠近F2断层的岩体,受其影响程度越大,稳定性就越差;可将影响范围分为断层带(0～84m)、断层影响带(84～117m)、破碎带(117～146m)和节理带(146～180m)四个区域;采用数理统计方法分析不同影响区域的岩体节理密度和分布情况,表明整个影响范围之内岩体的完整系数Kv为0.5左右.最后,采用X衍射仪和扫描电镜对调查区域内的岩体进行矿物成分和微观损伤分析,表明从断层带至节理带,其岩体受构造影响程度逐渐减小,先是呈松散泥状岩体,然后由破碎状态过程到节理发育的岩体.巷道变形调查结果表明,岩体受断层影响程度越大,巷道的整体变形程度也越大,其支护形式也不一样.这些调查与研究结果对于深部巷道的掘进和大硐室开挖具有十分重要的参考价值.     

超弹性-复摩擦摆隔震支座的性能试验与数值模拟

利用复摩擦支座（Double friction pendulum bearing,DFPB）和形状记忆合金（Shape Memory alloy,SMA）拉索,提出了一种超弹性-复摩擦支座（Superelastic-double friction pendulum bearing,SDFPB）。该新型滑动隔震支座在水平方向可适应多水准地震激励,且在竖向拥有抵抗拉拔的功能。阐述了SDFPB的构造特点和工作原理。通过性能试验考察了这一隔震装置的力学特性。建立了SDFPB的恢复力模型,利用其模拟了试验条件下的滞回响应。研究结果表明:SDFPB的耗能能力优良,且具有较好的多级抗震自适应能力;模拟值与试验值吻合较好,验证了上述力学模型的正确性。     

适用于村镇房屋的新型摩擦摆隔震性能试验研究

针对村镇房屋隔震设施薄弱的问题,本着低成本、易施工的原则,设计了一种玄武岩纤维混凝土材料的摩擦摆隔震支座。将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座进行拟静力试验,研究了该新型支座在相同的竖向荷载作用,不同频率下的干摩擦和润滑摩擦两种工况的支座的滞回性能,得出了该新型支座的基本力学性能,通过利用SAP2000有限元模型对采用该新型支座的隔震结构进行了动力时程分析,并且将该新型支座与传统钢制摩擦摆支座在滞回性能、构造方式和经济性三方面进行对比分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土摩擦摆支座的滞回性能略低于钢制摩擦摆支座滞回性能,该支座隔震效果显著且易模性好,便于施工,造价低廉,适用于低层村镇房屋隔震设计与施工。     

蒙脱石的脱水作用对断层摩擦本构行为的影响

利用高温双轴摩擦装置，研究了含蒙脱石的断层带在不同温度下摩擦滑动的速度依赖性，以期了解脱水作用对摩擦行为的影响。结果表明，断层带摩擦强度随温度而升高，而速度依赖性较为复杂，以１．４ｕ／ｓ为界，室温和１００℃时，低滑动速率下表现为微弱的速度弱化，高滑动速率下则表现为速度强化；２００℃时均为速度强化；３００℃时高滑动速率下仍为速度强化，但低滑动速率下转变为速度弱化；４００℃以上，均为明显的速度弱化。摩擦行为的变化与脱水过程及相应的断层物质变形方式的变化密切相关     

岩体裂隙充水后对拐角频率的影响

2002年在浙江温州的珊溪水库发生了一系列水库诱发地震，其拐角频率明显小于同震级的构造地震。本从二相介质理论出发，讨论了水库岩体在扩容、流体渗入饱和和强度弱化过程中波速和波速比的变化以及对拐角频率的影响。根据实验结果，当孔隙度为0．15，岩体弹性模量减小23％时，拐角频率可以减小约29％。由此解释了水库诱发地震拐角频率偏小主要是由裂隙发育和库水渗透扩散使地壳浅部岩体强度弱化引起的。因此拐角频率可以作为区别两的一个依据。     

接触岩面烧结与地壳深部地震机制

玄武岩、花岗岩、闪长岩以及安山岩的接触面,在350℃—900℃,1×10~8—4×10~8帕围压下,经过1—35天,便烧结成一个整体,并具有很高但低于原岩的剪切强度。此强度随温度、围压和时间的增加而增大。在烧结面与主压应力方向夹角大于55°时,便不再断裂,而沿其它方向剪断。烧结过程中,没有新矿物产生,也没有矿物熔融作用参与,但岩石密度增加,晶粒长大。晶粒粘附作用和原子体积扩散是烧结的物理机制,晶粒表面能自发地从高向低转化,是促进烧结的基本动力。烧结面的再破裂和延裂便是断裂带在地壳深部重复发生地震的主要机制。实验最低温度和围压相当地壳十公里深,这应是深大断裂的上部裂面与下部烧结层的界限,受载后便向下延裂,而在下部形成地震震源。这可能是地壳中震源多在15—25公里深的重要原因。     

基性岩摩擦本构参数与下地壳地震成核的可能性

摩擦滑动的力学行为能够很好地由速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。文中对地壳岩石滑动稳定性的控制因素进行了综述:1)微小扰动对摩擦滑动的影响分析(线性分析)表明,摩擦滑动中不稳定产生的重要条件是速率依赖性参数a-b<0,在这种条件下,地震滑动可以在断层上成核;2)下地壳的水含量测定表明,可能存在“干”、“湿”两种情况,而已有岩石流变实验结果表明稳定大陆内部下地壳在干燥条件下为脆性变形行为;3)近年来发现一部分强震发生在基性的下地壳,使辉长岩高温高压摩擦实验受到重视。干燥条件下辉长岩的摩擦实验研究表明,在420~615℃的温度范围内,速度弱化可能是典型的滑动行为。综合考虑较冷大陆内部下地壳可能出现的“干燥”条件以及在此条件下不大可能发生塑性流动等相关因素,这一结果可能就是在一些地区下地壳发生地震的原因     

青藏高原北缘地震波特征量动态变化与强震活动关系的研究

本文利用甘肃河西地震台网观测到的肃南南部地区１９８７年１月至１９９２年１０月间的地震记录资料，分析研究了青藏高原北缘地震波特征量动态变化与该区及邻近地区强震活动的关系。所研究的地震波特征量有Ｐ、Ｓ波速度Ｖｐ／Ｖｓ及其比值Ｖｐ／Ｖｓ；振幅比Ａｐ／Ａｓ；Ｐ波初始部分波形时间线性度ｒ和空间线性度α１、α２以及平均半周期Ｔｈ。所得结果表明，包括河西走廊中部及祁连山中段在内的青藏高原北缘地区的地震波特征量的动态变化可反映出震中距约在３００公里。内的７级强震及震中距约在２００公里以内的５～６级中强震前，由构造应力场变化引起的大面积介质性质的变化，因而可把它们视为强震和中强震的近源区或远场区地震波前兆异常。     

节理岩体断裂的分形机理研究

本文在考察了节理化岩体的断裂力学特征的基础上，结合现代分形几何原理，建立起追踪裂纹裂分形模型，对不连续岩体的断裂韧性的分形效应进行了深入研究，并通过压剪试验得到难。     

单裂缝岩石标本的弹性波频响特征初步分析

通过分析单裂缝岩石标本中弹性波到时分布、波震相转换和波振幅衰减等规律，进一步用波场及频谱量刻划介质横向不均匀性。Ｐ波震相遇裂缝端部后出现“之”字形波峰，分叉成折射Ｐ波、绕射Ｐ波，它的特征也依赖于发射源和接收点相对于裂缝的位置，当波以大角度斜跨裂缝和发射点在约裂缝半长度范围时波到时和振幅差别更大。对其研究有助于认识弹性波场在含断层结构中的复杂图象特征、在野外勘探中提高地震资料解释、断裂构造识别能力和提高弹性波在非完整岩石实验中的声发射定位等能力     

岩石破裂过程中电阻率变化机理的探讨

受压岩石在破裂过程中,视电阻率会出现明显的变化,其异常形态与实验条件有很大的关系. 实验中对磁铁石英岩样品施加了单轴压缩,岩石的破裂经反复加载和卸载实现,并在岩样的裂隙中注入了食盐溶液. 在实验的各阶段,对样品的主剖面重建出一系列内部真电阻率分布的图像,揭示了介质内的微细结构,从而探讨了视电阻率变化的原因. 实验发现,岩石中裂隙的存在及所含液体的饱和状态,是岩石在主破裂前控制电阻率变化的两个最重要的因素;低应力状态属常态导电过程,孔隙度的变化是主要因素;高应力状态属裂隙表面导电机制,随着破裂面在岩体内部出现,水和孔隙有了完全贯通的平面,多种导电机制都得以发挥作用. 此外,体导电结构的变化在宏观上表现为各向异性和图样有序性的增强.     

岩石破裂过程中电阻率变化机理的探讨

受压岩石在破裂过程中,视电阻率会出现明显的变化,其异常形态与实验条件有很大的关系. 实验中对磁铁石英岩样品施加了单轴压缩,岩石的破裂经反复加载和卸载实现,并在岩样的裂隙中注入了食盐溶液. 在实验的各阶段,对样品的主剖面重建出一系列内部真电阻率分布的图像,揭示了介质内的微细结构,从而探讨了视电阻率变化的原因. 实验发现,岩石中裂隙的存在及所含液体的饱和状态,是岩石在主破裂前控制电阻率变化的两个最重要的因素;低应力状态属常态导电过程,孔隙度的变化是主要因素;高应力状态属裂隙表面导电机制,随着破裂面在岩体内部出现,水和孔隙有了完全贯通的平面,多种导电机制都得以发挥作用. 此外,体导电结构的变化在宏观上表现为各向异性和图样有序性的增强.     

THE GEOLOGICAL AND ROCK MECHANICAL DISTINCTION EVIDENCE BETWEEN STICK-SLIP AND CREEP IN HOST ROCK SEGMENTS OF FAULT

Paleo-seismic and fault activity are hard to distinguish in host rock areas compared with soft sedimentary segments of fault. However, fault frictional experiments could obtain the conditions of stable and unstable slide, as well as the microstructures of fault gouge, which offer some identification marks between stick-slip and creep of fault. We summarized geological and rock mechanical distinction evidence between stick-slip and creep in host rock segments of fault, and analyzed the physical mechanisms which controlled the behavior of stick-slip and creep. The chemical composition of fault gouge is most important to control stick-slip and creep. Gouge composed by weak minerals, such as clay mineral, has velocity weakening behavior, which causes stable slide of fault. Gouge with rock-forming minerals, such as calcite, quartz, feldspar, pyroxene, has stick-slip behavior under condition of focal depth. To the gouge with same chemical composition, the deformation mechanism controls the frictional slip. It is essential condition to stick slip for brittle fracture companied by dilatation, but creep is controlled by compaction and cataclasis as well as ductile shear with foliation and small fold. However, under fluid conditions, pressure solution which healed the fractures and caused strength recovery of fault, is the original reason of unstable slide, and also resulted in locking of fault with high pore pressure in core of fault zone. Contrast with that, rock-forming minerals altered to phyllosilicates in the gouges by fluid flow through degenerative reaction and hydrolysis reaction, which produced low friction fault and transformations to creep. The creep process progressively developed several wide shear zones including of R, Y, T, P shear plane that comprise gouge zones embedded into wide damage zones, which caused small earthquake distributed along wide fault zones with focal mechanism covered by normal fault, strike-slip fault and reverse fault. However, the stick-slip produced mirror-like slide surfaces with very narrow gouges along R shear plane and Y shear plane, which caused small earthquake distributed along narrow fault zones with single kind of focal mechanism.