黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

剪切波速和含水率双指标评价黄土震陷

为了研究地震荷载作用下黄土场地的震陷预测问题,以兰州黄土为研究对象来分析剪切波速和含水率与震陷系数的关系,并分别得出拟合函数关系。通过分析剪切波速和含水率在震陷过程中的内在联系,建立剪切波速和含水率双指标预测黄土震陷系数的方法,并依据该方法预测永登地震区黄土场地震陷量。研究结果表明:在一定的剪切波速区间内,震陷系数随着含水率的增加而增大;在一定的含水率区间内,震陷系数随着剪切波速的增加而减小。同时提出剪切波速可以反映黄土不因外部条件而变化的潜在震陷能力为绝对震陷能力的概念,相应的震陷系数称为绝对震陷系数,含水率影响潜在震陷能力的释放。通过震害实例计算验证剪切波速和含水率双指标预测方法的可行性。     

南京地区液化地基加固效应分析

南京长江大桥江南铁路引桥附近的可液化地基采用挤密砂桩法进行了加固。加固结束后检测了加固区的土层剪切波速、地面卓越周期；测定了砂土动力特性和抗液化能力，在此基础上对地基加固效应进行了系统分析和综合评价。文章所提方法与结论不仅可以用来评价本项工程的加固效果，同时在对液化地基加固效应的评价方法方面也有一定的参考作用。     

地震动特性对黄土斜坡稳定性的影响分析

采用弹塑性动力有限元分析方法和Drucker-Prager屈服准则，将基于现行抗震设计规范中的Ⅰ、Ⅲ类场地标准反应谱曲线拟合而成的地震动时程作为地震输入，选取黄土地区典型滑坡类型进行分析计算。通过对不同峰值加速度、频谱、持续时间作用下黄土斜坡的变形破坏特征的分析，展示了土体在地震作用下的动态响应和变化规律，揭示了地震动的工程特性对黄土斜坡稳定性的影响。     

剪切波速判别方法对黄土液化判别适用性研究

最近的研究结果表明饱和黄土甚至高含水率的黄土也具有很高的液化势和流态破坏势,而工程设计时关于黄土液化的判别,尚无统一标准,亦无经验可循.用Seed-Idriss简化判别法对兰州某民用机场的饱和黄土和砂土进行了液化判别,并以此结果为依据检验了现有剪切波速判别式对黄土液化判别的适用性.结论显示该场地的黄土剪切波速值过大,《岩土工程勘察规范》与Andrus和Stokoe剪应力比法都不适用.     

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），在新鲜的芯样断面发现有明显的"流态化"液化破坏特征。借助室内试验和数值模拟技术，对党家岔滑坡非饱和黄土层的液化性能及液化发生机理进行分析。结果表明：（1）非饱和黄土层液化发生机理可概括为：地震作用下饱和黄土层孔隙水压力激增，高含水率非饱和黄土层孔压增长响应滞后，随着孔隙水压朝上部消散，地下水向上渗流，当平均有效应力接近0时，高含水率非饱和黄土层发生液化；（2）振动过程中不同饱和度黄土孔隙水压力增长响应具有滞后性，借鉴饱和黄土液化时孔压比的判别标准和Seed简化判别法，初步证实党家岔滑坡高含水率非饱和黄土层可发生振动液化，斜坡前缘和中部土体发生液化的初始饱和度范围分别为68.3%~100%和73.8%~100%，斜坡后缘土体不发生液化。     

地震作用下含暗穴高边坡黄土路基稳定性分析

黄土暗穴是一种黄土高原地区发育的特殊的不良地质现象,已经成为我国黄土地区公路破坏的主要原因之一。黄土具有极高的动力易损性,在深入研究黄土暗穴发育特点的基础上,采用有限元法对其在地震力作用下的致塌机理进行了数值模拟,得出了无暗穴、拱形暗穴和三角形暗穴3种类型高边坡黄土路基在地震荷载作用下的动力响应规律,分析了暗穴对高边坡黄土路基的地震动放大效应。结果表明:黄土暗穴的存在具有地震动放大效应,在相同洞径和埋深条件下,拱形暗穴比三角形暗穴对高边坡黄土路基的水平加速度峰值的放大效果更为明显,尤其在坡肩和洞顶放大更为显著,说明黄土暗穴的存在对高边坡黄土路基存在不利影响,易在地震作用下发生坍塌破坏。     

饱和黄土液化判别方法的两点发现

黄土液化实例多与现有可液化土地质年代规定不符。采用动三轴弯曲元试验设备对原状黄土饱和过程进行剪切波速跟踪测试,发现黄土浸水、结构先破坏再固结形成新的稳定结构的特点,证明经历过饱和的黄土已不能再视其为饱和前的地质年代。兰州马兰黄土中的黏粒有些是以黏土团块的形式存在,而黏土团块并不影响其他部分粉质土的液化,因此对于此类土应用黏粒含量进行液化判别时,应考虑将黏土团块不计入黏粒含量。     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值。研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均会对隧道洞口段地震响应规律和破坏模式产生重要影响,缓坡易发生坡底处的剪切破坏,而陡坡易发生坡顶的拉裂破坏;随着边坡高度的增大,边坡的滑动破坏范围逐渐增大;隧道的存在对坡面地震动高程放大效应有明显"抑制"作用,在洞口水平向存在动力响应放大区,范围为2.1～2.8倍洞径;通过分析隧道衬砌沿进深方向的动力响应规律,建议黄土隧道洞口段抗震设防长度最小值为3倍洞径。     

新疆哈密砂岩地震波速、各向异性及弹性性质的实验研究

地震波是研究地球内部物质成分和结构最有效的工具之一.鉴于哈密地区油田对砂岩地震波性质研究的需求,本文在室内利用Autolab2000岩石物性测试设备,开展干燥、饱水及饱油条件下,砂岩X、Y、Z三个正交方向的弹性波速测试,得到不同压力下纵横波速随含水饱和度的变化规律,并在不同含水饱和度下分析了动态弹性常数(E和υ).结果表明:(1)波速与压力呈对数关系,相关系数在0.96以上;纵波速度与含水饱和度呈正相关,但随压力的增加,其增加速率会减小;横波速度在低压下基本不受含水饱和度影响,但随压力增加,其与含水饱和度呈负相关.(2)砂岩Z(垂直)方向波速最小;横波各向异性小于纵波;不同压力下,纵横波各向异性都是干燥大于饱油,并皆大于饱水状态.(3)恒定含水饱和度时,杨氏模量和泊松比皆随围压增加而增加,低压下(小于80 MPa,约3 km深度)增加速度快,而高压下(大于80 MPa)增速变缓;相同围压下,泊松比随含水饱和度增加而增加,而杨氏模量则有增有减.     

加筋黄土的动力特性研究

以西安市临潼区骊山山前断裂带区域为研究背景,对区域内黄土进行纤维加筋处理。基于正交试验方法设计试验方案,开展加筋土动三轴试验,探讨纤维加筋黄土的动弹性模量差异性,对比分析动弹性模量的影响因素。对正交试验数据结果进行极差分析得出,纤维长度、纤维含量和土体饱和度是影响纤维加筋黄土动弹性模量的三大因素,且三者对其的影响大小顺序为土体饱和度,纤维长度,纤维含量;方差分析得出土体饱和度对玻璃纤维和聚丙烯纤维加筋黄土的显著水平分别是0.035、0.058,土体饱和度对纤维加筋黄土的动弹性模量影响显著,玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的优水平均为0.6%的纤维含量、50%土体饱和度、12 mm的纤维长度。研究结果表明,玻璃纤维加筋黄土和聚丙烯纤维加筋黄土的动弹性模量约为无纤维黄土的1.5倍。纤维长度对加筋土动弹性模量的影响呈正相关。玻璃纤维加筋土和聚丙烯纤维加筋土的动弹性模量随纤维含量的变化趋势几乎一致,为先增长后降低。黄土进行纤维加筋处理有助于提升断裂带区域黄土强度,保障断裂带区域工程基础安全建设和运行。     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.     

离石加筋黄土动弹性模量变化规律研究

针对目前加筋土动弹性模量演化机理不明确、测试过程复杂等问题,结合GDS动三轴,开展不同因素(围压、含水率、加筋材料、加筋层数)影响下加筋土动弹性模量测试试验。测试结果表明:(1)加筋土的动弹性模量受含水率、围压、加筋材料和加筋层数等多种因素影响,其影响的敏感性等级为含水率围压加筋层数加筋材料;(2)加筋土的动弹性模量主要受筋材与土颗粒的联结作用和排列方式影响;(3)提出不同因素影响下动弹性模量衰减的预测模型,其表达式符合双曲线规律。研究结论对路基设计、处治具有一定的指导意义。     

处于海洋环境的桩柱在瑞利波作用下的响应

本文以一海洋深水环境桩柱为例,考虑到海洋地基为两相饱和土介质,基于Biot两相饱和多孔介质理论,通过数值算例分析了饱和介质中瑞利波加速度、位移分布规律并与单相弹性介质地基条件下进行了对比,结果表明,瑞利波主要作用于地表附近且振动幅度随深度衰减很快,饱和地基下的瑞利波影响深度要大于单相弹性地基,在瑞利波地震作用下,考虑两相饱和介质下的桩柱位移响应大于单相弹性介质地基。并且由于桩柱处海洋深水环境,本文对环境水体对桩柱振动响应的影响进行了研究,结果表明,流固耦合效应可明显降低桩柱运动响应,在海洋深水环境地震响应分析时,有必要考虑饱和地基以及流固耦合效应对桩柱运动响应的影响。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律,并与素土试样试验结果进行对比。研究结果表明,加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大,窗纱加筋试样的最大动模量相比素土有了较大的提高,并随着加筋层数的增加而增大,土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的最大动弹模量增减趋势不明确。     

岩石弹性波速度和饱和度、孔隙流体分布的关系

在实验室对6种砂岩进行了连续的进水和失水实验. 测 量了两个过程的纵波速度VP、横波速度VS进水和失水速率随饱和度SW的 变化；分析了低饱和度时流体对岩石弹性性质的影响. 实验表明，进水和失水过程显示不同 的纵、横波速度与饱和度关系，速度不仅与饱和度有关，还与不同饱和阶段的孔隙流体分布 有关，而且也是水和岩石骨架之间的物理及化学作用所致.     

非对称交通荷载作用下拓宽路堤动力特性分析

针对山西省境内长期承受非对称交通荷载的公路拓宽路堤,采用FLAC~(3D)建立数值模型,土工格栅采用FLAC~(3D)内置土工格栅单元(geogrid)模拟,其余部分均采用实体单元,屈服准则采用Mohr-Coulomb准则。将交通荷载简化为半正弦波荷载,分析非对称交通荷载作用下不加筋和加筋两种工况下拓宽路堤的变形特性及稳定性,进而改变拓宽路堤部分填土参数、交通荷载幅值、频率和行车间隔等参数,分析其对加筋工况下拓宽路堤变形的影响。结果表明:非对称交通荷载作用下,设置土工格栅加筋对新、旧路堤变形的约束作用有限,但能提高路堤的整体稳定性;增大拓宽路堤填土的压缩模量和黏聚力,可减小新、旧路堤沉降差;增大交通荷载一侧幅值会引起新、旧路堤过大差异沉降;增大交通荷载频率和时间间隔,路堤沉降均逐渐减小,但沉降差保持不变。上述结论对受非对称交通荷载拓宽路堤的施工提供了一定的理论依据。     

The influence of the degree of saturation on dynamic response of a cylindrical lined cavity in a nearly saturated medium

In most previous studies on the dynamic response of a long cylindrical cavity subjected to internal transient dynamic loads, the porous medium was usually assumed to be completely saturated by ground water. In practice, however, the full saturation condition does not always exist. In this paper the surrounding soil and the lining of the cavity are respectively treated as a nearly saturated porous medium and an elastic material, and the governing equations for the dynamic problem are derived. A set of exact solutions are obtained in the Laplace transform domain for three types of transient loads, i.e. suddenly applied constant load, gradually applied step load and triangular pulse load. By utilizing a reliable numerical method of inverse Laplace transforms, the time-domain solutions are then presented. The influence of the degree of saturation of the surrounding soil on the dynamic response of the lined cavity is examined for numerical examples.     

天然气水合物和游离气饱和度估算的影响因素

讨论了不同水合物胶结类型的流体饱和多孔隙固体中地震波的衰减情况,分析了估算天然气水合物和游离气饱和度影响因素.结果表明, 地层孔隙度、纵波速度模型和弹性模量的计算方法是影响反演水合物和游离气饱和度的关键因素.含水合物地层的吸收与水合物胶结类型密切相关,当水合物远离固体颗粒,像流体一样充填在孔隙时,品质因子出现负异常,而当水合物胶结固体颗粒影响骨架的弹性性质,其品质因子出现正异常.根据布莱克海台地区164航次995井的测井资料,分别应用低频和高频速度模型估算了水合物和游离气饱和度.由低频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)10%～20%,游离气饱和度(占孔隙空间的)05%～1%;而由高频速度模型得到的水合物饱和度(占孔隙空间的)5%～10%,游离气饱和度(占孔隙空间的)1%～2%.