地震作用下双层土裂缝边坡稳定性分析

裂缝常存在于边坡表面，地震作用会大幅降低裂缝边坡稳定性。针对双层土裂缝边坡稳定性问题，定义上下土层分界处高度与边坡高度之比为深度系数以描述双层土的分布，基于极限分析上限定理，构建“点到点”离散运动学机构，并在此机构中引入一条垂直张拉裂缝，结合拟静力法和强度折减法建立能量平衡方程求解裂缝边坡临界高度和安全系数上限解。计算结果与传统上限法进行对比，验证离散运动学机构的有效性及其解的优越性，同时探究土体非均质性及深度系数对裂缝边坡稳定性以及裂缝深度和位置的影响规律。结果表明，地震作用会降低边坡稳定性；随着地震力增大，边坡临界滑动面逐渐加深，裂缝深度略微增大，裂缝位置逐渐远离坡面；对于具体的双层土边坡会存在一个特定的深度系数使边坡安全系数达到最值，同时裂缝会穿越至下层土且深度发生突增。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法（RSM）的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

基于FLAC3D的隧道开挖引发的山体滑坡稳定性分析及防治措施研究——以某隧道山体滑坡为例

在对某隧道山体滑坡发育地质环境条件、灾害主要特征及成因分析的基础上,采用地震波勘探和钻探相结合的方法确定滑坡区地层岩性及埋深,并运用FLAC3D数值模拟对该山体滑坡进行稳定性分析,对比分析左侧隧道开挖前后山体的稳定性,揭示隧道开挖引发山体滑坡的机理及发展变化模式。计算结果表明:左侧隧道的开挖导致山体形成新的深层滑动面,山体变形破坏主要以隧道左侧深层滑动面上产生滑移和隧道右侧的塌陷下错为主,左侧隧道的开挖是滑坡形成的主要引发因素。将宏观定性分析与定量计算相结合,并结合工程实际提出了隧道山体滑坡综合防治措施。     

基于拟动力法的顺层岩质边坡稳定性极限分析

基于极限分析上限法的原理,结合随时间变化的拟动力法,考虑地震、水力和坡顶超载作用下建立含张拉裂缝的顺层岩质边坡极限分析模型,并推导出边坡安全系数的表达式。结构面采用合理的水压力分布形式,且强度参数采用非等比例折减,分析边坡前缘是否堵塞,水平和竖向地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载对边坡安全系数的影响。分析表明:边坡前缘堵塞、水平地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载的增加,降低边坡的稳定性;竖向地震系数的增加提高了边坡的稳定性。随着非等比例折减相关系数的增加,边坡稳定性显著提高。因此结构面参数的变化规律需要得到关注。     

基于能量上限法的海底缓边坡滑坡机理分析

海床中的天然气水合物分解后由固体变为气体,将直接提高孔隙水压力,减小边坡内有效应力,导致边坡稳定性下降。本文以能量上限定理为理论基础,采用二维极限分析方法分析海底缓倾角边坡的滑坡机理,研究由于水合物分解形成的软弱夹层对边坡稳定性的影响。分析表明,软弱夹层的埋深和海床土体内摩擦角会对边坡的稳定性产生直接影响。由于水合物分解而产生的膨胀压力也会降低海底缓倾角边坡的稳定性。     

边坡加固的抗震性能参数分析

传统基于瑞典法的边坡加固抗震性能参数分析,通过建立强度参数与临界滑动面对应关系完成推导,由于因荷载过大,边坡建筑物抗震性能降低,准确率不高等问题,提出新的边坡加固抗震性能参数分析方法,对边坡加固的抗震性能参数进行分析,更好地通过加固提高其抗震性能。运用新型边坡加固抗震性能参数分析方法,采用基于极向条分的极限分析上限法和非线性Mohr-Coulomb破坏准则,分析边坡加固措施对边坡抗震性能的影响,通过对比有、无加固措施状态下不同能量功率的运算确定边坡抗震性能,利用MATLAB软件获取边坡加固抗震性能参数的最优解。经实验证明,边坡潜在破坏范围受边坡坡顶受荷和边坡加固情况的作用较大,地震荷载系数及非线性系数越大,土体强度非线性越小,边坡抗震性能受地震荷载的作用也越大。边坡抗滑桩最优抗震支护方位位于X_F/L_x=0.7处,在地震荷载从0上升至0.2的情况下,非线性系数为1.2、1.4、1.6以及2.0时的边坡抗震性能分别下降了40.1%、46.8%、57.5%以及61.5%。新型的抗震性能参数分析方法有效地提高了结果准确率,对边坡加固的抗震性能能达到准确分析。     

花管土钉抗拔力学模型研究

花管土钉已被广泛应用于基坑工程中,但其抗拔承载机理尚不明确。根据花管土钉的支护原理,分析其三种破坏形式,提出花管土钉的四个受力阶段;基于库仑土压力理论,将滑动土体上方看作均布荷载,推导出花管土钉极限抗拔承载力的计算公式;结合兰州某基坑实例,将《建筑基坑支护技术规程》中的花管土钉极限抗拔承载力计算方法与本文计算方法进行拉拔试验,并对结果进行对比分析。研究表明：花管土钉的破坏模式主要为花管杆体被拉断、出浆锚固体被剪断及出浆锚固体前端土体变形过大;花管土钉的四个受力阶段包括静止阶段、塑性区产生阶段、塑性区扩张阶段和破坏阶段;在花管土钉极限抗拔承载力的组成中,出浆锚固体提供的抗拔力所占比重随花管埋深的增大而显著增大,是花管土钉极限抗拔承载力的重要组成部分。     

静动力作用下的双排桩加固边坡稳定性分析

为探讨双排桩结构加固边坡的静动力稳定性,运用极限分析上限定理,在假设前排桩上的土压力为极限土压力,推导出后排桩所需提供抗力的计算公式,同时确定出其最危险滑移面分布。通过双排桩结构加固边坡的算例分析,研究了第二排桩所需提供抗力与双排桩之间间距、第二排桩位置以及地震加速度系数等因素相关关系的一系列研究结果。研究结果表明第二排桩所需提供抗力受双排桩之间间距、第二排桩位置以及地震加速度的影响明显,同时确定出静动力条件下双排桩加固边坡的最危险滑移面分布。     

考虑卸荷变形模量的坑底回弹变形计算方法

针对基坑开挖卸荷导致坑底土体回弹变形问题,考虑开挖卸荷过程中土体弹性模量随着卸荷应力路径变化的特征,推导在卸荷应力路径作用下土体变形模量的计算公式,考虑基坑的开挖为地表以下基坑开挖面处应力的变化,基于Mindlin应力解计算矩形基坑开挖卸荷引起的坑底土体附加应力,采用分层总和法计算基坑开挖引起的坑底土体的回弹变形,结合已有文献中的工程实例,采用该方法计算开挖引起的坑底隆起变形,并与实际监测数据对比分析表明,该方法能够有效预测基坑开挖引起的坑底隆起变形,能够作为基坑开挖坑底隆起变形的一种有效预测方法。     

土石坝极限抗震能力的上限有限元法

基于极限分析上限定理,考虑堆石料内摩擦角较大以及抗剪强度具有非线性的特性,提出一个用于求解土石坝极限抗震能力的有限元计算方法。该方法通过功能平衡条件、位移协调条件、边界条件、屈服条件以及所求极限荷载,形成标准的二阶锥规划数学模型,并用内点法进行优化迭代求解,得到土石坝坡极限抗震能力的上限值。运用该方法对一个典型面板堆石坝进行抗震极限分析。结果表明:按规范设计的土石坝具有较强的抗震能力,且竖向地震力对大坝的极限抗震能力存在一定影响;此外上限有限元法具有较高的计算精度及工程实用价值。     

龙门山地区地震活动性广义极值模型构建

以龙门山地区为研究区, 利用1931年至2010年历史地震数据, 时限取80年, 时间间隔取10年, 构建地震活动性广义极值模型, 估计龙门山地区震级上限和强震重现水平。 结果表明龙门山地区地震活动性广义极值模型服从具有有限上界的Weibull分布, 震级上限为8.3, 未来20年、 50年、 100年龙门山地区的强震重现水平分别为7.9、 8.1、 8.1。 起始年由1930年至1933年逐年平移, 时间间隔不变, 震级上限及强震重现水平的计算结果相差不到0.2级, 表明本文构建的龙门山地区广义极值模型具有一定程度的稳定性, 可为地震区划以及地震危险性分析研究提供参考。     

Incorporating intensity bounds for assessing the seismic safety of structures: Does it matter?

The closed‐form solution for assessing the proportion of the mean annual frequency of limit‐state exceedance as a function of integration limits is introduced, in order to study whether or not the mean annual frequency of limit‐state exceedance is overestimated if the lower and(or) upper integration limit of the risk equation are(is) not selected in a physically consistent manner. Simple formulas for assessing the threshold value of the lower and upper integration limits are also derived. These formulas can be used to quickly assess the significant range of ground motion intensity that affects the mean annual frequency of limit‐state exceedance. It is shown that the threshold values of the integration limits depend on the median intensity causing a limit‐state, the corresponding dispersion and the slope of the hazard curve in the log domain. For several reinforced concrete buildings located in a region with moderate seismicity, it is demonstrated that the mean annual frequency of collapse can be significantly overestimated when assessed by integrating the risk equation over the entire range of ground motion intensity. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

伸臂式结构地震剪力图和弯矩图的理论包络线

本文以人工工振型作为理论工具、推演出伸臂式结构地震剪力地震弯矩的主、次上界的简练公式。不难理解,上界地震剪力图和弯矩图就分别相当于无数地震剪力图的弯矩图的包络线。文中还推演出主、次上界与等效静力解之间的一个十分简明的理论关系。     

双向地震荷载下崩塌堆积体盲数稳定可靠性分析

为了能考虑地震双向性和岩土体参数多种不确定性,提出了地震荷载下崩塌堆积体稳定可靠性分析方法,进一步研究水平和竖向地震荷载对崩塌堆积体的可靠性影响.运用极限平衡法和拟静力法分析了双向地震下崩塌堆积体的安全稳定性,采用响应面法和JC法建立崩塌堆积体的地震极限状态方程,然后,运用盲数理论对岩土体参数进行盲数化处理,进一步推导...     

Seismic stability analysis of gravity retaining walls

A new approach based on the category of upper bound theorem of limit analysis is presented in this study to consider the seismic stability of gravity retaining walls. The retaining wall and the backfill soil were taken as a whole system. For a translational failure mechanism assumed, formulas are provided to calculate directly the yield acceleration and the inclination of the failure surface. An example is shown to illustrate the method. Comparisons are made with limit equilibrium method, and the results are found consistent. Based on a limited parametric study, it is shown that the wall roughness has remarkable influence on the yield acceleration.     

线性波浪加载下海底斜坡失稳机制的数值分析

基于大型有限元软件ABAQUS中的荷载模块,添加一阶波浪力载荷模式,并结合强度折减技术,实现波浪力作用下海底斜坡稳定性与失稳机制的弹塑性有限元数值分析。引入典型算例,利用先前提出的波浪荷载下海底斜坡稳定性的极限分析上限方法开展数值解的对比验证;在此基础上,通过深入地变动参数比较分析,探讨不同波长、波高和水深等波浪参数对计算结果的影响以及波浪力影响下海底斜坡潜在滑动面的变化规律,获得波浪荷载下海底斜坡失稳滑动机制的初步认识。     

Actuator dynamics compensation based on upper bound delay for real‐time hybrid simulation

Real‐time hybrid simulation represents a powerful technique capable of evaluating the structural dynamic performance by combining the physical simulation of a complex and rate‐dependent portion of a structure with the numerical simulation of the remaining portion of the same structure. Initially, this paper shows how the stability of real‐time hybrid simulation with time delay depends both on compensation techniques and on time integration methods. In particular, even when time delay is exactly known, some combinations of numerical integration and displacement prediction schemes may reduce the response stability with conventional compensation methods and lead to unconditional instability in the worst cases. Therefore, to deal with the inaccuracy of prediction and the uncertainty of delay estimation, a nearly exact compensation scheme is proposed, in which the displacement is compensated by means of an upper bound delay and the desired displacement is picked out by an optimal process. Finally, the advantages of the proposed scheme over conventional delay compensation techniques are shown through numerical simulation and actual tests. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.