基于小波包和反应谱的黄土边坡动力特征研究

为研究黄土边坡在地震动力作用下的动力响应特征,以宝兰客专沿线某天然黄土边坡为工程背景,建立1∶20缩尺的黄土边坡试验模型。通过大型振动台试验,采用时程分析和小波包、反应谱分析相结合的方法,在模型底部振动台上输入地震动荷载,分析黄土边坡结构在地震动荷载下加速度信号第一频段能量占比(E₁)、第二频段能量占比(E₂)、特征周期、反应谱幅值、峰值加速度(PGA)和加速度放大系数(AFA)的变化规律。结果表明：根据E₁、E₂转化规律,弹性阶段可以细分为挤压密实阶段和密实阶段,E₁+E₂的最大值位于边坡顶部位置。在弹塑性阶段,同种类型地震波不同地震烈度下到达特征周期的时间基本不变,El-Centro波到达特征周期的时间滞后于汶川汤峪波,且其加速度、速度反应谱幅值也略小。模型在水平方向上存在PGA及AFA放大效应,PGA及AFA沿水平方向放大效应按照大小排序为：破坏阶段>塑性阶段>弹性阶段。地震过程中距离坡面越近的位置越容易被破坏和先破坏,验证了地震过程中“...     

地震动参数对边坡地震响应的影响规律

选取了具有不同峰值加速度、频谱和持时的6组地震动加速度时程作为输入,基于有限元数值模拟方法建立了二维均质边坡有限元模型,模拟分析了不同地震动作用下边坡模型的加速度和位移响应,揭示了地震动峰值加速度、频谱和持时对土坡地震响应的影响作用及其规律.研究结果显示:地震动峰值加速度、频谱和持时对土坡地震响应均有显著的影响,其中,边坡坡脚处和坡肩处的变形位移随地震动峰值加速度、特征周期和持时的增大而增大,坡体临空面各点的峰值加速度放大系数呈现随输入地震动特征周期的增大而增大、随输入地震动峰值加速度的增大而减小的规律.研究结果可为地震作用下边坡稳定性设计及防治研究提供参考.      

土质边坡地震动力响应规律研究

地震往往会触发大量的山体滑坡,给人类和社会带来巨大灾难。为研究探索土质边坡在地震作用下的动力响应规律,本文建立了二维均质边坡有限元模型,模拟计算了其在地震作用下的动力响应,对地震响应中学术界和工程界最为关心的加速度、位移和频谱特性响应进行了研究分析,并得到以下几点结论:①在坡顶和坡面处,与输入地震动加速度时程比较,输出加速度峰值出现的时刻有滞后现象;②坡体内部对输入地震动PGA存在垂直和临空面放大作用,同时垂直放大作用呈现出节律性变化的特点;③地震作用下坡体的最大变形在水平方向上出现在坡脚处,在竖直方向上出现在坡肩处;④边坡体内部对输入地震动的频谱成份产生滤波作用,滤掉了输入地震动中的高频成份,且随着高度的增加,这种滤波作用呈现增强的趋势。     

黄土隧道边仰坡动力响应的大型振动台模型试验研究

设计并完成了1∶80比例尺的高陡黄土边坡大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波,探讨地震作用下模型洞口仰坡动力响应规律,以及地震动参数对动力响应的影响。试验结果表明,不同地震波加载的过程中,坡面的PGA随着测点高程的增大而增大,在隧道仰拱和拱顶所处的位置,PGA有突然减小的过程。其中仰拱周围边坡坡面的PGA减小更大,说明隧道的存在对坡面加速度的放大作用具有一定的抑制作用,其中仰拱位置比拱顶位置抑制作用更强。台面峰值加速度越大,仰拱对加速度的抑制作用更加明显,坡顶面的PGA最大,因此坡面越高,加速度的放大效应越明显,并没有出现加速度放大系数饱和的这种状态。试验结果有助于揭示黄土隧道仰坡在地震作用下的失稳机制,为工程的抗震设计提供有益的参考。     

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。     

堤坝边坡地震反应数值模拟平台与计算方法

首先,介绍了基于Open Sees独立开发的一套边坡地震反应与稳定性分析三维有限元计算软件Slope SAR;借助该计算平台建立了均质黏土边坡三维有限元动力分析模型。模型中选用土的多屈服面弹塑性本构模型模拟黏土的动力属性,沿振动方向的人工截断边界使用我们提出的动力自由场边界处理;据此,在模型基底输入El Centro地震波进行边坡地震反应分析。基于此,进一步讨论了坡顶局部负载与输入地震动特性对边坡地震响应的影响。结果表明,边坡对输入的地震动沿坡面起到放大作用;随着局部均布荷载长宽比逐渐增大,边坡地震响应以局部负载与地震动共同控制为主;边坡对输入地震动的低频分量存在放大作用,且对处于边坡自振频率附近的地震波放大作用特别明显;输入地震波特性对坡肩加速度傅氏谱峰值影响不大。应该说,Slope SAR有助于进一步开展各类边坡地震反应规律及失稳机制的研究。     

峰值速度对单自由度体系地震反应的影响分析

研究了在加速度反应谱与峰值位移不变的条件下,输入地震动峰值速度对单自由度体系动力反应、尤其是弹塑性反应的影响。首先,利用在时域内叠加窄带时程的方法合成加速度反应谱和峰值位移相同,但峰值速度相差1倍的两组人工地震动时程。其次,按照《建筑抗震设计规范》的要求,将合成的输入地震动标定为不同设防烈度区下多遇地震的加速度峰值,进行结构弹性计算,结果表明:输入地震动峰值速度的变化对结构弹性反应基本无影响。然后,将输入地震动标定为相应烈度区下罕遇地震的加速度峰值,并以上述多遇地震下弹性反应的最大变形作为罕遇地震作用下结构弹塑性分析的屈服变形,进而分析输入地震动峰值速度变化对结构弹塑性反应的影响规律。其结果表明,峰值速度的增大将会明显增大中长周期结构弹塑性位移反应和速度反应,且这种放大效应对位移反应尤为显著。这种规律在不同烈度区基本具有一致性,随着烈度增大,输入地震动峰值速度的增大引起的大部分中长周期结构弹塑性位移及速度反应的放大效应减小。因此,在进行结构动力分析时,应充分考虑输入地震动峰值速度变化对计算结果的影响。     

瑞利阻尼矩阵对深厚场地地震反应的影响分析

介绍场地时域分析基本理论和几种常见的阻尼矩阵确定方法,并基于有限差分方法,采用实际地震记录,考虑输入地震动强度和频谱特性,分别选择5种不同的瑞利阻尼矩阵形式,比较分析其对深厚场地时域动力反应的影响。结果表明:不同阻尼矩阵对加速度和反应谱均有影响,影响程度和输入地震动的频谱特性有关;当土层基频接近输入地震动卓越频率时,只根据土层基频确定阻尼矩阵是可行的,但当输入地震动卓越频率高于或远高于土层基频时,该方法会严重低估地表加速度峰值和反应谱谱值,时域分析中阻尼的确定应综合考虑土层特性和地震动频谱特性。     

一种深厚覆盖层场地地震动参数的确定方法

基于欧美规范确定了坐落在深厚覆盖层上KH抽水蓄能电站上、下库场地基本运行和最大设计地震动峰值加速度、反应谱和时程等动参数。首先依据场地区域地震烈度区划图、特征周期区划图和依据场地地质地震条件选取的5条种子实测地震动确定场地基岩输入加速度时程、峰值加速度和设计反应谱,进而基于各土层地质参数和一维弹性波传播模拟程序确定覆盖层表面的平均峰值加速度、平均反应谱和5条地震动时程,对所得到的平均反应谱和峰值加速度进行光滑处理后确定可用于各建筑物结构抗震设计的地震动参数,包括覆盖层表面水平向动力响应加速度时程、峰值加速度和设计反应谱。该方法可较好地保留输入地震动的真实动力特性,如持时、相位和频率等,为我国规范中建议的确定场地地震动参数的方法提供有益的补充。     

双向地震作用下锯末混合土场地动力特性分析

在北京工业大学振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土地基自由场振动台模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,试验中输入地震动时程采用El Centro地震动记录、Taft地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向分为水平单向和水平双向。文中,重点考察了双向地震动输入下锯末混合土模型场地的动力特性及其变化规律,主要指标包括模型场地地震动反应的峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其傅氏谱。试验结果表明:随着输入地震动强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,而其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动;双向地震作用下锯末混合土模型场地的动力变化规律与单向地震作用下较为一致。     

Simplification of strong ground motion considering inelastic responses of structures

Simplification of strong ground motions to 1 cycle sine waves was investigated from the elastic and inelastic earthquake response analyses and response analyses under sine wave input using single‐degree‐of‐freedom systems. Strong ground motions could be simplified to 1 cycle sine waves if large plastic deformations, with ductility factor more than 2, were assumed. This is because the approximate maximum responses from input sine waves are determined by the initial response cycle, due to period elongation and plastic energy dissipation of the systems. A sine wave whose acceleration amplitude is the peak ground acceleration (PGA) and whose period is that of an equivalent 1 cycle sine wave is proposed. The period of an equivalent sine wave is easily obtained from the elastic response acceleration spectrum of a seismic record. This means that the inelastic responses are approximately determined by the PGA and an equivalent 1 cycle sine wave period. Therefore, an equivalent 1 cycle sine wave period provides a single index to express the frequency characteristics of a strong ground motion. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

基于OpenSees的地震动对软土震陷影响研究

软土具有高灵敏度、低强度等特性,在地震过程中极易产生震陷。基于OpenSees数值模拟方法对软土场地的震陷反应进行非线性动力有限元分析,通过改变地震动峰值加速度、频谱特性、输入方式来研究其对软土震陷的影响。结果表明,地震动峰值加速度对地基土的不均匀震陷有显著影响,地震动峰值加速度越大,震陷量显著增大,震陷影响深度更大,对水平地表造成的破坏范围也更大;地震动频谱特性对软土震陷有重要影响,当地震动卓越频率与场地自振频率相近时,其幅值越大,产生的震陷越严重;水平、竖向同时输入地震动的方式能更好地反映土体的振动及震陷响应。该研究成果对探索软土震陷的机理有一定的指导意义。     

Study of Shaking Table Test on Dynamic Response Characteristics and Failure Mechanism of the Loess Slope

The natural loess that covers the ground surface has good stability due to its low water content. However, when violent earthquakes occur, the strong dynamic stress generated in the slope may induce landslide disasters with different sizes. In this paper, a large-scale shaking table model test is used to reveal the dynamic response and instability failure process of the loess slope. The test results show that different parts of the slope have different vibration characteristics and the first natural frequency in the model increases with the increase of the slope height. The response acceleration of different parts may change due to the coupling relationship between the spectral characteristics of input wave and the natural frequencies of different parts of slope, suggesting the characteristics of regional differential dynamic response. Under the condition of different dynamic response, stress state and boundary conditions of different parts of slope, a rapid microstructural damage, cumulative residual deformation evolution, and tension-shear coupling instability failure process may appear at the top of the slope with the strong dynamic response associated with the increase of dynamic loading intensity. The S_d values presented in this paper may reflect soil damage and slope instability and failure.     

AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验研究

为研究AP1000核电厂基底隔震性能,设计了缩尺比为1/40的AP1000核电厂模型结构,进行了AP1000核电厂模型基底隔震振动台试验。试验中采用铅芯橡胶隔震支座进行隔震,并选取RG1.60人工波、El Centro波和Kobe波作为地震动输入。本文从加速度响应、楼层加速度反应谱、加速度峰值放大系数、减震率等方面对隔震与非隔震核电厂结构的地震响应特性进行了研究。试验结果表明:隔震能明显减小上部结构水平向加速度响应和加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱有所增加;隔震模型由于摇摆效应在隔震频率处的水平向楼层加速度反应谱随楼层高度的升高先减小后增大;在三向输入地震动作用下,隔震和非隔震AP1000模型各楼层在竖向基频附近的竖向加速度反应谱较竖向输入的地震动放大较为明显。     

黄土丘陵河谷场地地震动特征研究

研究黄土丘陵河谷场地在地震作用下强地面运动特征的变化情况,可以揭示强震对该类场地上震害的触发机理。结合黄土高原的地貌特征,建立具有代表性的动力数值分析模型,通过输入不同幅值、频谱特性和持续时间的地震波,对起伏地形和覆盖黄土层共同影响下的黄土河谷场地进行地震反应分析。结果表明:黄土层和地形耦合作用控制了地表的PGA变化,使其趋于复杂,在同一输入波不同振幅作用下,与基岩河谷各测点相比,黄土覆盖河谷场地的地震动频谱幅值均有所增加,并且频谱主峰均向高频移动。在不同地震波输入下,场地不同部位的固有频率受地形高程和土层影响;而地震动大小和频谱幅值不仅与场地的基本频谱和地形起伏有关,也与输入地震波的频谱成分相关。输入波PGA与地震频谱特征都不变时,同一场地输出的地震频谱形状具有相似的特征,随着地震持时增长,能量向场地基本频率附近集中,从而可能导致场地上相应频率建筑物震动幅值增加,造成累积破坏。     

Centrifuge modeling of a dry sandy slope response to earthquake loading

This paper presents results of a series of centrifuge models of dry, sandy slopes excited by earthquakes and cyclic waves under 50g centrifugal acceleration to investigate the dynamic performance of slopes. Test results of four model slopes with different profiles stimulated by the adjusted El Centro earthquakes with various peak accelerations reveal the response amplification mechanism of the slope. By calculating the response spectra of recorded acceleration time histories, it was observed that the different frequency contents of the input event were amplified to different degrees. The model slope showed a completely different response under the cyclic wave with a constant frequency and amplitude in that the spectral amplification factor curves had no prominent peak values. These findings suggest that dynamic centrifuge tests excited with a real ground motion are able to better reflect the response characteristics of a slope rather than the tests with cyclic loading.     

地震反应分析中输入界面的选取对地表地震动参数的影响

地震反应分析中输入界面选取合理与否对设计地震动参数有重要影响。基于唐山地区钻孔剖面,分别选取剪切波速为500m/s的硬黏土和800m/s的岩石顶面作为基岩输入界面,采用一维等效线性化方法讨论中硬场地输入界面的选取对地表地震动参数的影响,结果表明:(1)地表峰值加速度放大倍数及地表加速度反应谱特征周期都随输入界面深度的增加而递增,且这种递增与输入地震动的强度及频谱特性都有密切联系;(2)随着输入界面深度的增加,地表加速度反应谱几乎全频段内增大,仅在短周期内出现减小的情况,但幅度十分有限;(3)中硬场地地震反应分析中基岩输入界面宜取剪切波速为800m/s的土层顶面。