地下管网地震反应分析模型

建立了多点地震动激励作用下的地下管网地震反应拟静力分析模型。首先建立基于有限单元模型的地下管网系统刚度方程,接着给出考虑地震动空间相关性及场地条件等诸多因素的地震动场模拟思路及管网系统地震动施加策略,最后通过解析法验证了模型的正确性。采用本文方法对一＂十＂字形管网进行了地震反应分析,结果表明：①管线轴向应力沿着管线长度从管线端部向管线交叉点逐步增大,在管线交叉点处应力达到最大值;②与轴向应力相比,尽管管线的弯曲应力不是控制应力,但在管线端部及管线交叉点处弯曲应力值将会有较大突变。因此,对于地下管网而言,在受到地震作用时,不同布置方向的管线之间的相互影响是不容忽视的。     

爆炸地震波作用下地下结构动力响应数值分析

爆炸地震波荷载类似于天然地震波荷载，但又不完全相同。基于有效应力动力分析法，运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平爆炸地震波荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向爆炸地震波荷载对地下结构的耦合效应，得出了一些定性的结论。     

地震波作用下地下管道试验的数值模拟方法

以模型试验几何尺寸建立有限元数值模拟模型,全面给出了地下管道地震动作用的三维有限元建模及分析研究的主要步骤,建立柔-柔接触面来反映管-土相互作用,利用拉格朗日乘子法求解接触效应;通过ANSYS和MATLAB的交互使用,对土体四周及底部定义的粘弹性边界实现能量辐射,减小边界效应;考虑试验模型与实际模型的比例,对原始地震波加速度时程曲线进行缩尺处理,模拟得到的管道响应规律与试验结果吻合较好,表明该数值模型是合理的。在此基础上讨论了管道在地震波作用下的位移、加速度和应力的动力响应,并提出了相关实用的工程建议,为地下管线等长线型地下结构的地震响应理论分析提供参考。     

地震作用下大型地下洞室群应力传播特征研究

选用攀枝花-会理地震波,通过基线校正和高频滤波,作为实际地震动输入,利用FLAC3D软件对某水电站大型地下洞室群进行了地震作用下应力传播特性的研究。数值分析结果表明,洞室群周围应力时程的变化趋势与输入加速度时程的变化趋势相似,但由于地震波的传播需要一定的时间,因此存在一定的滞后效应。洞室边墙出现了一定面积的拉应力区,随着输入加速度的增大,拉应力区的范围有所扩展,但是扩展的范围不大。所得结果对大型地下洞室群地震动传播特征问题的研究具有一定的参考意义。     

地震波诱发的深部地层动应力机制及断裂位移研究

借鉴弹性波动力学理论和爆破地震应力计算方法,结合地震波在岩层中的折射效应,以地震波加速度为基础数据,分析岩体在地震波作用下的受力。以汶川地震影响下的龙门山前陆盆地地下岩层的受力变形情况为例,通过计算分析和数值模拟,证实所用方法在求解分析地震波在各向同性岩石层间传播动力的可行性。同时验证汶川地震造成龙门山前陆盆地地下深部地层的断层破坏。      

斜入射条件下地下结构时域地震反应分析初探

通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了地震波斜入射的解析方式,以此为基础建立了地震波斜入射条件下,土体与地下结构动力相互作用的时域计算分析模型。以实际建设的南京地铁某车站结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,进行了地震波斜入射条件下地下结构时域地震反应的计算和分析。初步结果表明:在地震波斜入射的情况下,地下结构的动力反应与地震波垂直入射时有较为明显的差异。     

地震波输入方向对软土地区车站结构响应的影响

运用ANSYS软件,结合天津市地铁3号线昆明路车站工程,采用黏弹性人工边界,建立了土-地下结构相互作用的二维平面有限元模型,研究模拟了软土地区地铁车站在不同方向地震波作用下各个关键点内力、位移和应力的变化规律。研究结果表明:竖向地震波对结构的绝对位移影响较小,而对内力和应力的影响较大,能使内力提高5.18倍左右,竖向地震波在软土地区结构抗震设计中不可忽略;车站结构底板与中柱连接处地震响应最大,为结构抗震设计的薄弱环节。     

地震波与人的感觉

地下岩石在构造应力的作用下逐渐积累了能量,当应力增强到岩石破裂强度时,岩石便发生剧烈的错动,久蓄的应变能便以地震波的形式传开。这正像在水面上投下一颗石子那样,激起的浪花向四面八方缓缓传开。由于地震波较为复杂,因此,了解地震波的特点,哪种波的危害最大;人的感觉如何?怎样又根据人的感觉来判断震中远近及地震烈度等。这对我们正确地认识地震是有很大帮助的。     

地下管线震害预测实用方法研究

为了更合理地预测地下管线工程在预期地震作用下的破坏情况,对原有的震害预测方法及其实际应用进行了分析,结合地下管线工程震害现场调查及损失评估工作需求,指出了传统方法存在的不足之处。基于前人给出的地下管线地震破坏经验统计研究成果,以及汶川地震中地下管线工程的震害资料,给出了现役不同材质地下管线的震害率,提出了与震害宏观表现相符、与地震经济损失评估及恢复重建资金评估相衔接的地下管线震害预测实用方法。     

岩石损伤对地下核爆炸震源特性影响研究

本文在考虑动态力源扰动的情况下,对岩石损伤对地震波辐射的影响及其震源表示进行了理论推导,证明了当有动态力源存在时,Ben-Zion和Ampuero于2009年给出的结果只是岩石非弹性响应对震源及相应地震波场的贡献,而非其全部.在此基础上,应用相关结果对岩石损伤破坏对地下核爆炸震源成分的影响进行了分析,给出了地下核爆炸情况下补偿线性偶极子源和构造应力释放与岩石损伤破坏之间的关系.结果表明,地下核爆炸补偿线性偶极子源主要来自于地表反射拉伸波和空腔回弹冲击波等造成的爆心上方锥形区域中的岩石破坏,而构造应力释放则主要来自于整个岩石破坏区内的构造应力松弛.      

Response of underground pipeline through fault fracture zone to random ground motion

It is assumed that a pipeline is laid through a vertical fault fracture zone, and is excited by seismic ground motion modelled as stationary stochastic process. For horizontal incidence of waves, the cross-PSD (Power Spectral Density) function is developed using wave propagation theory, while for vertical incidence of waves the cross-PSD function is composed by auto-PSD model, coherence model and site response model. As the seismic input, the cross-PSD function is used to calculate the the axial and lateral seismic responses of underground pipeline through the fracture zone. The results show that the incident directions of seismic waves, width and soil property of the fracture zone have great influence on underground pipeline. It is suggested that the flexible joints with appropriate stiffness should be added into the pipeline near the interfaces between the fracture zone and the surrounded media.     

地下管线三向地震动一致激励与非一致激励数值分析

基于某工业地下管道建立有限元模型,考虑管土相互作用和行波效应,综合分析在三向地震动一致激励与非一致激励下的管道动力响应结果,并且简单分析部分相关因素对管道动力响应结果的影响。结论如下:对于地下管道来说,非一致激励与一致激励作用下的位移响应曲线在峰值和形状方面存在较为明显的不同,具体表现为:非一致作用水平向位移远大于一致作用,而竖直向位移稍大于一致作用;对于应力响应,不管一致还是非一致激励,同一截面各处的应力响应有明显不同,并且总体来说非一致作用下较大;位于管道走向变化段、土层变化处和管道弯曲段的截面的位移响应峰值和应力响应一般会产生突变,说明这些因素对管道的动力响应具有较为明显的影响。     

钢结构管道穿越西山断层安全性分析

根据乌鲁木齐市西山发震断层的有关资料,针对西山地区两种主要地层岩土工程数据,利用有限元理论,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对天然气管线穿越西山断层的反应进行了分析和研究。通过分析穿越断层地下管线的应力与变形情况,得出了在使用年限内钢结构管道以粉土层为地基持力层和覆土材料将处于安全状态的结论。     

Influence of seismic wave type and incident direction on the dynamic response of tall concrete-faced rockfill dams

Owing to the stochastic behavior of earthquakes and complex crustal structure, wave type and incident direction are uncertain when seismic waves arrive at a structure. In addition, because of the different types of the structures and terrains, the traveling wave effects have different influences on the dynamic response of the structures. For the tall concrete-faced rockfill dam (CFRD), it is not only built in the complex terrain such as river valley, but also its height has reached 300 m level, which puts forward higher requirements for the seismic safety of the anti-seepage system mainly comprising concrete face slabs, especially the accurate location of the weak area in seism. Considering the limitations of the traditional uniform vibration analysis method, we implemented an efficient dynamic interaction analysis between a tall CFRD and its foundation using a non-uniform wave input method with a viscous-spring artificial boundary and equivalent nodal loads. This method was then applied to investigate the dynamic stress distribution on the concrete face slabs for different seismic wave types and incident directions. The results indicate that dam-foundation interactions behave differently at different wave incident angles, and that the traveling wave effect becomes more evident in valley topography. Seismic wave type and incident direction dramatically influenced stress in the face slab, and the extreme stress values and distribution law will vary under oblique wave incidence. The influence of the incident direction on slab stress was particularly apparent when SH-waves arrived from the left bank. Specifically, the extreme stress values in the face slab increased with an increasing incident angle. Interestingly, the locations of the extreme stress values changed mainly along the axis of the dam, and did not exhibit large changes in height. The seismic safety of CFRDs is therefore lower at higher incident angles from an anti-seepage perspective. Therefore, it is necessary to consider both the seismic wave type and incident direction during seismic capacity evaluations of tall CFRDs.     

地震动入射角度对地下结构地震响应的影响

考虑土-结构接触面效应和场地初始静应力影响,基于大型商用有限元软件ANSYS和粘弹性人工边界条件,采用动力松弛法的分析思路,建立了一种地震动斜入射条件下地下结构的接触非线性动力反应分析模型和方法,并讨论了地震动入射角度对地下结构动力反应的影响。结果表明：地震波斜入射使得结构的整体反应发生明显变化;随着入射角度的增加,节点的水平向应力反应明显增大,竖向应力峰值较小,增大程度也相对较小;节点的位移峰值随输入加速度峰值的增大也有一定的变化。因此,在分析近源地震作用下的地下结构动力响应时,需要考虑地震动的非一致输入问题。     

地下隧道轴向地震动土作用分析

以弹性基岩上覆层状场地中刚性衬砌隧道为模型,采用间接边界元方法求解衬砌隧道所受的沿轴向地震动土作用,通过参数分析揭示轴向动土作用的幅值大小、空间分布等基本规律。研究表明,土-隧道动力相互作用对地震动土作用的空间分布形式影响较小,但对地下隧道所受地震动土作用峰值大小具有显著影响,隧道主要位置点的地震动土作用峰值与隧道相应位置处自由场土层应力相比放大1.7~2.4倍。论文最后提出一个轴向地震动土作用的简化计算方法。     

地基弹性参数对于长型大截面地下结构横向自由振动的影响

自由振动分析是地下结构地震动力响应分析的基础。本文利用笔者先前得到的长型地下结构的自由振动方程,研究了地基弹性参数对地下结构自由振动的影响。由分析可以看出,随着地基弹性参数值的增加,结构中波速值总的趋势是增加,但是温克尔地基参数对结构中波速的影响远大于第二地基参数的影响;地下结构振动频率总的趋势是随着温克尔地基参数k和第二地基参数gP值的增加而增加;与地基参数对地下结构中波的传播速度的影响不同,k和gP对地下结构振动频率的影响是同阶的,因此不能忽略gP对地下结构自由振动的影响。     

液化土中输流管道的竖向地震响应研究

砂土液化是埋地管道遭受地震破坏的主要原因之一。液化土对管道产生上浮力,使管道发生上浮反应,它是随地震发生时间而变化的动态过程。将地震载荷作用下的液化区埋土管道模拟成两端弹性支承的直梁模型,考虑管-土间的相互作用和管内流体与管道之间的流固耦合作用,采用模态叠加法对液化区埋地管道进行地震响应的动态分析,探讨了管道和液化土参数对管道动态上浮反应的影响。通过数值仿真得到了管内流体的流速、流体压力、流体密度、管截面轴向力,管道黏弹系数、液化土容重和相对弹簧系数、地震加速度幅值等因素对管道上浮位移的影响情况。     

土体-结构界面接触对地下结构动力反应的影响

迄今为止,关于土体与结构交界面的接触效应对地下结构地震反应的影响尚未引起研究者们的重视,成果鲜有报道。本文基于接触面对法和非线性有限元波动分析方法,建立了考虑土体与结构界面接触效应的地下结构非线性地震反应分析模型和计算方法,并利用大型有限元软件ANSYS进行了求解。分析结果表明：土体与结构界面的接触效应对地下结构地震反应有明显影响,可能增大地下结构节点的峰值加速度、峰值位移和峰值应力反应;随着接触摩擦系数的增大,接触点的相对滑移逐渐减小,而接触应力的变化则无明显规律。