平面P-SV波入射时非均匀饱和土 自由场地的响应

基于Biot多孔介质波动模型,研究了非均匀饱和土层对平面P-SV波入射时的动力响应.考虑饱和土地基的物理力学特性沿厚度方向连续变化,利用亥姆霍兹矢量分解原理和动力刚度法,分析了平面入射P-SV波在非均匀饱和土层中的反射和透射,并给出了基岩表面和自由表面处反射系数和透射系数的计算表达式.基于理论推导结果,数值分析了平面SV波入射下非均匀饱和土自由场地的动力响应,其中假设饱和土地基的物理力学性质沿土层深度按幂律梯度变化.数值结果表明,平面SV波入射所引起的地面位移与基岩位移之比均随土层厚度和土体的非均匀程度、波的入射角和入射频率的增加而减小,且其竖向位移比的减小更为显著,厚土层对地震波的耗散作用尤为明显.      

考虑我国场地土类型的弹塑性反应谱法在高层混合结构中的应用

弹塑性反应谱法中,强度折减系数、延性系数、周期之间的关系模型（R—μ—T关系）是影响计算结果的一个重要参数。各国学者考虑不同地震动记录、滞回模型、场地土条件、阻尼比等参数,提出了不同的模型,但在场地特征对关系影响上存在不同认识。本文按考虑我国场地土类型的模型,分别进行了某高层混合结构在设防7度、7．5度、8度、8．5度、9度下的弹塑性反应谱计算,得到了一系列结构最大层间位移角,并与增量动力分析（IDA）的结果进行了对比。分析表明,考虑我国场地土类型的高层混合结构弹塑性反应谱计算结果与IDA分析50％均值曲线吻合较好。本文计算结果可为弹塑性反应谱法在复杂高层结构中的应用提供基础。     

水平向不均匀土对箱基动力阻抗的影响

采用薄层元素法和有限单元法,建立了地基-箱形基础动力相互作用的三维分析模型,该模型可考虑箱形基础周围土的不均匀性影响.利用该模型,分析了水平方向不均匀土对箱形基础的水平和摇摆阻抗的影响.分析了水平方向不均匀土的厚度、剪切弹性模量以及材料阻尼比的影响.分析结果表明:水平方向不均匀土使得箱形基础的各种阻抗均降低,特别是阻抗的虚部.水平方向不均匀土对摇摆阻抗的影响较大.水平方向不均匀土的剪切弹性模量的影响较大而其材料阻尼的影响较小.随着水平方向不均匀土的厚度的增加和基础埋深的增加,其影响增大.     

接触对桩-土-结构动力相互作用体系的影响

为了考察桩-土接触效应对结构地震反应的影响,利用有限元软件ABAQUS建立了土-桩-框架二维有限元模型,分别采用损伤塑性模型和动力粘塑性记忆型嵌套面模型模拟混凝土和土体,利用rebar单元模拟混凝土内的钢筋,取得了较好的计算效果.计算分析中采用19条不同频谱的地震波记录,考虑了地震动强度、桩径、摩擦系数等因素,以层间位移角和桩顶最大位移为主要评价指标,揭示相互作用体系的动力响应特性.分析认为,计算结果对桩、土摩擦系数的取值不敏感;不考虑土-桩接触时,近场土体的动力反应与实际情况存在一定的误差,且上部结构和桩基的动力反应会被低估,应该考虑桩-土动力接触效应;地震动强度增加时,随着结构进入塑性状态,低估程度减小;桩径增加时,低估程度没有显著变化,虽然桩基和上部结构的反应都有所减小.     

基于子结构方法的土-结构动力相互作用半解析方法研究现状综述

寻求高效实用的力学模型和计算方法是土与基础动力相互作用效应在工程设计中得以考虑的关键。围绕3个问题对可以通过手算或自主编程解决土-基础-结构系统动力相互作用问题的半解析子结构法展开评述:（1）为何采用子结构法研究土与结构动力相互作用问题;（2）如何求解子结构法中作为关键参数的基础振动阻抗;（3）如何利用振动阻抗求解上部结构的动力响应。最后,结合实际工程问题探讨了在已有成果的基础上可进行深化和拓展的研究方向。     

粘弹性层状地基动力柔度系数的半解析解

本文以三次样条函数和傅氏级数作为求解空间的基函数,应用基于复阻尼理论的Lagrange方程求计算粘弹性层状半无限地基在表面单位简谐力作用下的动力柔度阵。这种半解析半离散方法,将二维问题降为一维数值问题处理,同时利用了样条函数良好的插值性能和傅氏级数的正交性,大幅度节省计算工作量和内存要求,便于利用微机实现,并具有较高的计算精度,从而为进一步建立复杂地基的动力刚度阵和研究结构与地基相互作用问题提供一个简便有效的数值计算工具。     

ABAQUS模拟土-结构相互作用时人工边界的选取

利用有限元数值模拟方法研究半无限空间中的动力响应问题时,人工边界的选取对于计算结果的可靠性与准确性有直接的影响。本文利用ABAQUS有限元软件计算土-结构地震响应,分析了选用不同人工边界对计算结果的影响。通过与远置边界自由场和土-结构模型的数值结果对比,讨论了底边界分别采用固定边界和黏性边界;侧边界分别采用固定边界、绑定边界、竖向约束边界和黏性边界时的计算误差。研究表明,利用ABAQUS软件计算土-结构动力相互作用影响时,黏性边界适合作为非刚性地基问题的底边界,固定边界适合作为刚性地基问题底边界。对于侧向边界当采用相对计算宽度较小模型时,固定边界和黏性边界无法再现自由场和土-结构响应;绑定边界和竖向约束边界可以模拟精确的自由场响应,并在动力土-结构作用分析中具有良好的性能。     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用（SSI）的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现：桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的＂针＂状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。     

极限安全地震动下考虑土-结构相互作用的核电站安全壳响应分析

根据黏弹性人工边界的基本原理,结合有限元分析软件ABAQUS和MATLAB辅助程序,在地基有限区域上添加黏弹性人工边界并实现极限安全地震动的输入。基于ABAQUS软件平台,对CPR1000安全壳构建了土-结构相互作用体系的数值模拟模型,分析其在极限地震动下的动力响应,并将计算结果与考虑刚性基础的安全壳结构响应数据进行对比。结果表明:核电站CPR1000安全壳结构在极限安全地震动下仍能保持良好的密闭性。考虑土-结构相互作用后分析所得安全壳结构受到的应力、加速度峰值和相对位移均有所增大,使用刚性地基模型要偏于危险。     

船舶撞击作用下考虑桩-土相互作用的高桩码头结构动力响应分析

船舶撞击荷载作用下高桩码头结构的动力放大效应不可忽略。采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点撞击荷载作用下的动力响应公式及相应的动力放大系数公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下考虑桩-土相互作用的高桩码头结构动力放大效应规律,明确了桩-土相互作用对放大效应的影响。计算与分析结果表明:船舶靠泊撞击荷载的时程曲线可近似为持时1.0 s的半正弦曲线;在靠泊船舶撞击荷载作用下考虑桩-土相互作用的软基上的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数在2.0左右;不考虑桩-土相互作用的计算结果偏于不安全,建议在进行软土地基上高桩码头结构的动力响应计算时应避免采用假想嵌固点法;以上结论可为码头结构设计时船舶撞击荷载的合理取值与模型有限元计算提供理论依据。     

基于Voronoi模型的饱和土建模机理研究

土颗粒是构成饱和地基的重要基础,因此无论用何种方法分析饱和地基时,均不能忽视土颗粒的物理性质。用传统方法计算时均假设土是均质、各向同性的,不考虑实际土颗粒的粒径和形状,与实际情况不符。本文采用了不同形核点数的不同不规则度的Voronoi网格划分模拟了实际土颗粒的结构,建立有限元模型并进行数值分析。计算结果表明,在不同时刻沿深度的孔压数值、有效应力分布和固结度等方面,采用该Voronoi网格划分的有限元模拟结果和太沙基常规模型的理论解进行对比,计算结果趋于一致,说明Voronoi图在对土体划分时是可行的,并且该模型在进行饱和土体一维固结的相关参数计算时具有很好的精度。     

含软弱夹层场地中地下结构抗震分析的反应位移法误差分析

反应位移法是《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)和《地下结构抗震设计标准》(GB/T51336—2018)在均质场地或简单成层场地中推荐使用的地下结构抗震简化分析方法,对于软弱夹层场地中其适用性有待商榷。本文基于ABAQUS有限元分析软件,构造了一般成层场地和含软弱夹层场地,采用土-地下结构整体动力时程分析方法获得了不同工况下地下结构的地震反应。以此为基准,评价分析了反应位移法在含软弱夹层场地中的适用性。结果表明：较一般成层场地而言,含软弱夹层场地中反应位移法所得出的结构反应与动力时程分析方法相比误差更大,在含软弱夹层场地中反应位移法适用性显著降低;从地基弹簧、土层剪力和结构惯性力三方面分析了误差产生的原因,给出了含软弱夹层场地中可使用整体式反应位移法提高计算精度的建议。     

大直径扩底灌注桩的抗震性能研究

深入分析土-大直径扩底灌注桩体系动力相互作用机理是地震工程的重要研究内容。本文采用快速拉格朗日FLAC~(3D)有限差分程序建立地震荷载作用下扩底桩-土和等直径桩-土动力相互作用体的三维数值模型,分析大直径扩底桩与普通等直径桩地震反应的差异。桩周土采用Mohr-Coulomb弹性模型以考虑土体的非线性,桩体采用线弹性模型,桩与桩周土之间采用"切割模型"法设置桩土间接触面。输入5·12汶川地震波,对两种桩基的地震反应进行了数值计算与分析。结果表明:扩底桩的抗震性能优于等直径桩;与具有显著差异的加速度时程曲线相比,扩底桩对位移动力响应并不敏感。     

三维土-结构动力相互作用体系分析的两步时域显式波动有限元过程

为减少直接分析三维大尺度复杂土-结构动力相互作用问题的计算量,提高计算效率,本文直接从波动方程出发,提出了较常规子结构法更简单的两步简化计算过程,即第一步简化上部复杂结构体系为集中质量杆系模型,并求基础处等效输入,第二步通过等效输入求上部结构各位置的动力反应.其中第一步计算主要采用集中质量显式有限单元法结合局部透射人工...     

瑞利波作用下桩筏基础的动力响应

对瑞利波作用下桩筏基础的动力响应进行了数值分析。采用薄层元素法和有限单元法建立了土-桩筏基础动力相互作用的分析模型,并讨论了桩筏基础在瑞利波作用下的水平与摇摆动力响应。讨论了一些重要参数(如桩长、桩距、桩的刚度以及土的泊松比等)对桩筏基础的动力响应的影响。结果表明:不考虑筏板-土相互作用,基础的动力响应在高频区域会产生较大的差别;在瑞利波作用下,桩筏基础会产生显著的摇摆响应,且桩距、桩长和土的泊松比对其影响较大,而桩土刚度比对其影响较小。     

建筑基础中设备对土-结构动力相互作用影响的一个解析解

为研究建筑基础中设备对土-结构动力相互作用的影响,论文建立了刚柔复合基础上多质点理想数学模型,将基础中设备抽象为质点,并在波动法中引入有限元单元离散思想,给出了考虑基础中设备对土-结构动力相互作用影响的一个解析解。研究表明,当基础较柔且设备质量较大时,上部结构的动力响应可放大30%~50%。本文对于相关工程设计具有一定的参考价值。     

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

广义Voigt土模型基于虚土桩法的桩基纵向振动

在桩侧土广义Voigt模型条件下,研究成层土中黏弹性桩在纵向振动荷载作用下的动力特性。将桩底截面范围内有限层桩底土模拟为虚土桩,建立虚土桩-土、桩-土耦合振动模型,采用广义Voigt体模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程。利用桩-土、虚土桩-土的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解。通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩顶动力响应的影响,得到一系列的桩顶速度导纳曲线及时域反射波曲线。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

反馈迭代法压制表面多次波效果分析

地震数据处理通常假定反射数据仅由一次波组成,地震勘探资料中的表面多次波通常被视为相干噪音予以压制.基于波动方程预测的反馈迭代法为数据驱动的方法,可有效压制复杂地下介质的表面多次波,通常可由级数展开法和迭代法两种方法实现.文中分别从理论阐述以及应用效果分析方面对基于波动方程预测的反馈迭代法的两种实现途径进行研究,并采用GPU/CPU协同并行加速计算预测表面多次波,改善以往CPU计算效率低的状况.文中对含表面多次波的炮数据和复杂的SMAART模型进行了计算,并将利用级数展开法与迭代法压制表面多次波的效果进行对比分析,结果表明,迭代形式反馈迭代法压制表面多次波的方法效果更佳.由于实现迭代法和级数展开法需要完成的自适应匹配相减的次数不同,迭代法的计算成本略高于级数展开法.