土工动力离心模型试验中物理破坏模拟比较及关键问题

针对土工动力离心模型试验中模型与原型在动力响应和动力破坏模拟两个不同层次的相似程度。首先分析总结离心模型试验在动力响应模拟、动力破坏模拟两个方面的研究发展现状;然后分析这两种模拟模型中的相似比尺的实现要求、特点和区别;最后,针对抗滑模型桩和地铁模型,分析推导动力离心模型在动力响应模拟和动力破坏模拟中具体的模型理论比尺关系和关键问题,进一步指出目前土工动力离心模型试验研究存在的一些问题和发展方向。分析结果表明,针对模型与原型的相似比尺关系,动力破坏模拟模型的相似条件远比动力响应模拟模型的相似条件要求更为严格,这也是动力破坏模拟模型能够揭示岩土结构原型破坏的根本原因。     

土工动力离心模型试验在边坡工程中的应用综述

总结了土工动力离心模型试验在边坡的地震响应、动力破坏机理、液化大变形和土与结构物动力相互作用等研究中的应用现状,提出了目前边坡动力模型试验中存在的问题,以及今后的发展方向。     

烟囱模型动力试验研究

烟囱结构的地震反应及其破坏机理是地震工程界长期讨论的问题，对高耸烟囱结构的模型试验研究是研究此工程问题的重要方法，作者通过对45m和180m高大烟囱结构的动力模型试验，对烟囱结构的地震反应及其破坏机理进行了模型试验研究，得出了有意义的结论，为这一问题的理论研究提供了有力的依据。     

猴子岩高面板坝振动台模型试验——大坝结构动力特性研究

利用大型振动台模型试验,测得了猴子岩高面板堆石坝缩尺模型坝的动力特性参数,包括大坝结构的自振频率、阻尼比和振型系数等;分析了多种因素对坝体动力特性的影响规律;根据模型试验相似率推算得到原型坝的相应动力特性参数。研究表明:大坝结构有相对稳定的振型;坝体的动力特性参数值受激振白噪声强度和振动历史等因素影响;水库蓄水使得模型坝结构自振频率小幅提升。这些试验结果和研究结论,可以为该坝的动力分析提供基本资料和定性参考。     

从克拉通破坏到板块动力模型的研究

华北克拉通破坏动力机制研究导致了全球动力系统及“板块动力模型”研究.板块运动最有可能的动力是地幔物质流动,但由于地幔物质流动的成因至今尚未查明,所以板块构造学说研究仍处于“运动模型”阶段,而没有进入“动力模型”阶段.如果地幔密度异常是驱动地幔物质流动的成因,那么就有可能基于重力学方法以“板块动力模型”的形式建立地幔密度异常驱动模式;软流圈中可能存在着动力特性不同的区块,地幔密度正异常代表物质盈余、区块内的物质要向区块外移动,地幔密度负异常代表物质亏损、区块外的物质要向区块内移动.本项目采用重力和地震资料相结合研究地球的整体分层,根据重力大地水准面联合地震波速度结构反演求解地幔密度异常,再根据地球正常密度假说和板块运动重力学机制的观点并与现有“板块运动模型”相结合,分析地幔密度异常动力区块,初步建立“基于重力学机制的板块动力模型”;为最终建立多学科机制的“全球板块动力模型”,迈出重要一步.     

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

足尺钢框架振动台试验及动力弹塑性数值模拟

本文通过有限元分析程序OpenSees对一足尺四层钢框架结构进行静力及动力弹塑性分析,结构构件采用自由度较少的纤维模型模拟。在振动台试验之前,预测足尺钢框架结构连续在小震、中震及大震作用下的响应,将预测分析结果与振动台试验结果进行对比,结果显示该数值模拟方法能很好地反映结构的弹塑性行为及破坏机制,准确预测结构的地震响应及大震下结构倒塌时间。这进一步说明基于纤维模型的整体结构弹塑性分析方法,由于自由度数少,适用于整体结构抗震分析。     

液化土中斜群桩承台动力响应特性及桩身弯矩分布规律研究

为研究动荷载作用下饱和砂土发生液化前后斜群桩的动力响应相关问题,利用土工离心机振动台进行了饱和砂土场地条件下的斜群桩物理模型试验.通过试验分别对土层响应、桩身弯矩以及桩顶承台加速度和位移等进行了详细分析,得到了如下结论:不同荷载作用下土层液化范围的改变导致了土层加速度峰值出现了不同程度的放大或缩小现象;砂土液化前后桩身...     

地铁车站模型地震破坏连续-离散耦合模拟分析

基于北京地区典型地铁车站结构的大型振动台试验建立了有限差分-颗粒流离散元耦合模型,对车站结构模型的地震响应和破坏现象进行了模拟分析。在耦合计算模型中,土体采用连续模型,结构采用颗粒流离散元模型模拟,在FLAC边界节点处建立接触面,将FLAC在大应变模式计算的位移通过接触面传输给PFC;并将颗粒与接触面计算的相互作用力传输给FLAC,作为施加在各节点上的力,从而实现并行耦合运算。结果表明,模型的计算结果与试验结果拟合得较好;地震加载过程中,柱板、墙板节点为地铁车站模型结构的薄弱部位;模型的整个破坏过程和能量转化过程分为3个阶段进行;颗粒孔隙率、配位数和接触力的变化以及能量的转化规律能够反映结构的破坏过程。     

复杂加载路径下堆石料动力本构模型及数值模拟

采用所发展的亚塑性边界面模型，对堆石料在不同固结应力状态、排水条件和加载方式下的典型试验进行了数值模拟分析。在本构模型的数值实施中，联合应用自适应多步回退欧拉积分规律和局部迭代加快了迭代收敛的速度，提高了积分精度，进而编制了计算程序TESTROCK。数值模拟结果与已有试验成果的对比分析表明，该模型能够合理、有效地反映堆石料在复杂加载路径下的变形和强度特性，为深入揭示堆石料变形和孔隙水压力的发展特性和进行高混凝土面板堆石坝的非线性耦合静动力分析提供了理论基础。     

长江倒灌对鄱阳湖水文水动力影响的数值模拟

倒灌是发生在湖泊与周围水体交汇处的一个重要物理过程,对湖泊水文水动力与水环境带来严重影响或干扰,进而对湖泊水质产生重要的影响或控制作用.本文采用统计方法和二维水动力-粒子示踪耦合模型来分析倒灌物理成因、倒灌发生判别与指示以及倒灌对鄱阳湖水文水动力的影响.统计表明,流域"五河"入湖径流、长江干流径流情势以及两者叠加作用均是倒灌的影响因素,但长江干流径流情势是影响或者控制倒灌频次与倒灌强度的主要因素."五河"来水与长江干流的流量比可用来判别与指示倒灌发生与否.当流量比低于约5%时,倒灌可能发生且最大发生概率可达25%;当流量比高于10%时,倒灌发生概率则低于2%.水动力模拟结果表明,倒灌对湖区水位与流速的影响向湖区中上游逐渐减弱,湖泊水位和流速受影响最为显著的区域主要分布在贯穿整个湖区的主河道,而浅水洪泛区的水位和流速则受倒灌影响相对较小.倒灌使得湖泊空间水位提高约0.2~1.5 m,湖泊主河道的流速增加幅度可达0.3 m/s.粒子示踪结果表明,倒灌导致湖区水流流向转变约90°~180°,倒灌导致的水流流向变化能够使湖区大部分粒子或物质向上游迁移约几千米至20 km,且粒子在下游主河道的迁移距离要明显大于中上游洪泛区.     

地震作用下核电站环行吊车动力响应的模型实验研究

基于量纲分析理论,提出地震作用下环行吊车缩尺模型动力响应的相似准则,确定核环吊原型和实验模型之间动力响应的相似关系。根据抗震规范要求和相似准则,采用El Centro 1979地震波作为实验台地震输入,对振动台震动输入进行调幅处理,水平地震输入幅值为0.3g,竖向地震输入幅值为0.2g,地震输入的时间缩尺为4。核环吊抗震实验结果表明,与实验台地震输入峰值相对比,吊车大梁跨中水平加速度峰值增加了56.0%,跨中竖向的加速度峰值增加了119.0%;环轨水平加速度峰值增加了66.7%,环轨竖向的加速度峰值增加了43.5%。研究表明,当水平地震波的输入方向与吊车大梁轴线相垂直时,吊车大梁跨中水平加速度峰值最大;当水平地震波的输入方向与吊车大梁轴线相平行时,环轨的水平加速度峰值最大;环轨的垂直加速度峰值受水平地震波的输入方向影响不显著。在地震荷载作用下,核环吊没有发生跳轨现象。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

基于动力BNWF法的冻土-桩相互作用模型研究

基于水平循环荷载作用下不同负温冻土环境中单桩动力特性模型试验结果,在已有分析桩-土-结构相互作用的动力BNWF模型的基础上,提出改进的冻土-桩基动力相互作用非线性反应分析模型。在该模型中,利用改进的双向无拉力多段屈服弹簧考虑桩侧冻土的水平非线性力学特性,同时兼顾桩侧与冻土间的竖向非线性摩擦效应、桩尖土的挤压与分离作用以及远场土体阻尼对桩基动力特性的影响。其中桩侧水平多段屈服弹簧参数根据冻土非线性p-y关系获得,该关系曲线以三次函数曲线段及常值函数段共同模拟,并由室内冻土压缩试验结果确定。最后基于改进的动力BNWF模型,提取动位移荷载作用下该桩顶力-位移滞回曲线及桩身不同埋深处的弯矩动响应数值分析结果,并与相应的模型试验结果对比,二者具有较好的拟合度,表明本文所提出的改进模型在分析冻土-桩动力相互作用时有较好的适用性。     

高层钢框架-混凝土核心筒混合结构振动台试验研究

为了研究高层钢框架-混凝土核心筒混合结构的整体抗震性能,本文设计了一个典型的比例为1/15的20层钢框架-混凝土核心筒混合结构的缩尺模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室实施了模拟地震振动台试验。本文重点介绍试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度和位移反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,并根据相似理论得到了原型结构的地震反应。试验研究表明:原型结构基本能够满足我国现行规范"小震不坏、大震不倒"的抗震设防标准;核心筒发挥了主要抗侧力作用;结构在大震作用下有较好的延性;钢框架与核心筒的连接节点在结构设计时应给予重视。     

基于FENAP平台的RC高桥墩破坏过程模拟及分析

为精细模拟钢筋混凝土高桥墩在静力推覆荷载作用下的破坏过程,本文基于钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模型分析平台FENAP,对一实际的西部山区空心截面高桥墩进行了Pushover分析,通过对构件、截面和纤维层次的力-位移关系曲线分析,模拟了桥墩从墩底混凝土开裂、纵筋屈服到受压区混凝土压碎的完整破坏过程。并将FENAP平台与OpenSees计算结果进行对比,结果表明,FE-NAP平台可有效地模拟高墩在静力推覆荷载下的破坏过程和软化行为,具有较高的求解精度。进一步比较了不同轴压比、是否考虑约束混凝土效应及纵筋屈曲效应等因素对分析结果的影响,得出结论,轴压比和约束混凝土效应对高桥墩的破坏过程发展有较大影响,而纵筋屈曲效应影响较小,可忽略不计。     

基于振动台试验的RC框架模型修正及模拟损伤识别

利用有限元模型修正技术综合利用理论建模和实验建模的优点,可以得到更加符合结构实际的基准模型,为结构动力分析、损伤诊断及健康监测提供更可靠的依据。基于一12层钢筋混凝土框架模型振动台试验测点加速度记录,采用特征系统实现算法对该模型结构进行模态参数识别,识别结果与有限元分析结果之间存在明显的差异。采用基于灵敏度分析的参数型有限元模型修正技术,选择识别精度较高的实测模态频率为修正基准,以构件的弹性模量和密度为修正参数,对该框架的初始有限元模型进行了修正,得到基准有限元模型。进一步以基准有限元模型为标准,以构件弹性模量的降低模拟结构的损伤,对两种假设工况下的损伤结构进行修正,得到构件弹性模量的变化值并与假设的降低值对比,验证了有限元模型修正技术在结构损伤识别中应用的可行性。     

实验室尺度典型断层系统破坏、前兆及粘滑过程数值模拟

尽管实验室尺度典型断层模型的基本物理、力学参数已知,载荷、边界条件明确,但其变形、破坏、前兆及稳定性的综合数值模拟并不容易。实验室尺度模型的数值模拟可为大尺度模型的模拟积累经验,并提供某些必要的技术基础。文中主要从数值模型的角度,评述实验室尺度模型中引入非均质性和粘滑过程模拟的各种方法,着重介绍了2种模型:断层-岩石系统的非均质应变弱化模型和摩擦强化-摩擦弱化模型。在第1种模型中,提出利用事件的频次-能量释放关系的斜率绝对值的不同演变规律评价断层的不同应力状态。在挤压雁列区贯通过程中,剪切应变降对岩石破裂具有更为灵敏的指示作用,可能比声发射更为有效。在第2种模型中,通过控制内摩擦角在粘着和滑动两阶段不同的演变规律实现断层粘滑过程的模拟。尽管在提出的摩擦强化-摩擦弱化模型中未引入速度,但由于对节点的运动方程进行求解,所以节点速度在粘着和滑动两阶段将发生变化。指出以下需要进一步研究的问题:1)亟待发展适于地质体材料变形、破坏及运动整个过程模拟的计算力学模型;2)亟待发展复杂断层系统中断层稳定性的可靠判别方法;3)亟待发展动力学方程的高效求解方法。     

石墨-石英模型电导率的数值模拟研究及地球物理应用

地壳高导异常及各向异性成因是地学研究的热点之一,断裂带区域常呈现出高电导率特征,对于石墨富集的断裂带,石墨形态及分布对导电性的影响已经引起关注.本文利用有限元数值模拟方法,构建了石墨-石英三维模型,探讨了石墨含量、排列方式、孔隙度及温度对模型电导率的影响.结果表明,石墨连通前,温度的增加能使模型电导率显著增大,而在石墨连通后,石墨含量的增加、片状石墨沿导电方向的定向排列以及石墨直径与厚度比值的增大,均能导致模型电导率发生显著增加,孔隙度的增大则导致模型电导率减小.同时,这些参数的变化也会使模型电导率突变时的石墨含量阈值发生改变,当石墨排列方向改变时,这一阈值变化显著,对于石墨富集的一些断裂带区域,石墨定向排列可能是引起高导的一种成因.

     

常用岩土本构模型的选择及对场地动力反应分析结果的影响

合理选择本构模型是土动力学问题数值模拟中的一项重要工作。利用PLAXIS 2D软件的土工实验模拟功能分别对4种常用的岩土本构模型——线弹性模型、摩尔库伦模型、土体硬化模型和小应变土体硬化模型在往复荷载下的理论滞回曲线进行了对比分析,并在此基础上研究了选择不同本构模型对自由场地震反应分析结果的影响以及不同本构模型中各参数的变化对场地动力计算结果的敏感性分析。研究结果为土动力学问题数值模拟中如何选择本构模型和合理判断数值分析结果提供了参考依据。