并联基础隔震结构的地震随机响应分析

运用随机振动理论,分析了地震作用下并联基础隔震结构层间最大位移的概率统计特性,导出了其均值和均方差的计算公式。选用一个采用并联基础隔震的4层钢筋混凝土框架作为数值算例,通过地震随机响应分析,得出了隔震结构各层层间最大位移的均值及均方差响应,通过增大上部结构自振频率与隔震结构自振频率的比值以及增大隔震层的摩擦屈服剪力都可以降低隔震层最大位移的均值响应。     

挡土结构物随机地震响应分析及动力可靠度研究

本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。     

Dynamic torsional response of an end bearing pile in saturated poroelastic medium

A comprehensive analytical solution is developed in this paper to investigate the torsional vibration of an end bearing pile embedded in a homogeneous poroelastic medium and subjected to a time-harmonic torsional loading. The poroelastic medium is modeled using Biot’s two-phased linear theory and the pile using one-dimensional elastic theory. By using the separation of variables technique, the torsional response of the soil layer is solved first. Then based on perfect contact between the pile and soil, the dynamic response of the pile is obtained in a closed form. Numerical results for torsional impedance of the soil layer are presented first to portray the influence of wave modes, slenderness ratio, pile–soil modulus ratio and poroelastic properties. A comparison with the plane strain theory is performed. The selected numerical results are obtained to analyze the influence of the major parameters on the torsional impedance at the level of the pile head. Finally, the dynamic torsional impedance of this study is compared with that for floating pile in elastic soil.     

面波基模式频散曲线提取解精度对比研究

针对不同方法提取面波基模式频散曲线精度问题,笔者分别采用τ-p变换、频率分解法、F-K变换、高分辨率线性拉东变换(High-Resolution Linear Radon Transform,简称HRLRT)对六层递增型地质模型合成瑞雷波记录进行频散能量成像,并按频散能量最大值拾取基模式频散曲线。为定量评价理论模型基模式频散曲线提取解与解析解的接近程度,引入了均方差与相关系数两种评价参数。评价结果表明,高分辨率线性拉东变换提取基模式频散曲线精度最高,均方差为11.167 8,相关系数为0.994 9;F-K变换提取基模式频散曲线精度最低,均方差为195.274,相关系数为0.515 2。     

横观各向同性地基中管桩扭转振动响应解析解

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异,对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动,建立了桩土系统定解问题,通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件,求得了管桩扭转频域响应解析解,并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解,并与已有文献进行了对比,验证了解的合理性。通过数值算例,分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。     

Research on Nonlinear Dynamic Characteristics ofStructures Supported on Slide-Limited Friction Base Isolation System

lNTRODUCTlONBase iso1ation is regarded as a practical and economicalway to protect structures from damages subjected to earth-quake motion. Isolators implemented between the base raft ofthe structure and foundation can dissipate and absorb earth-quake energy, and reduce obviously the transmission of groundmotion to structure. In short, the principle of base isolation in-cludes two factors: (i) The natural period of structures withfixed base is usually 0. 2-- l. 2 s, close to the natural pe…     

埋置基础扭转振动的实用化计算与试验的对比

根据弹性半空间理论及基础振动试验和数值计算的最新成果,采用方程对等法推演出埋置块体基础扭转振动的实用化计算公式。在20 m×10 m×4 m土坑内采用摆锤分别对底面尺寸为0.5 m×0.5 m和1.0 m×0.5 m的埋置块体基础施加冲击荷载,使其发生扭转自由振动,并对其振动响应进行采集,将试验结果与采用实用化计算公式的计算结果进行了比较。该公式具有概念明确,计算简单的优点,对于任意形状,任意埋置状况的动力设备块体基础都适用,其结果对于结构工程的地震响应计算具有参考意义。     

Discrete element method simulations of the seismic response of shallow foundations including soil‐foundation‐structure interaction

A novel three‐dimensional particle‐based technique utilizing the discrete element method is proposed to analyze the seismic response of soil‐foundation‐structure systems. The proposed approach is employed to investigate the response of a single‐degree‐of‐freedom structure on a square spread footing founded on a dry granular deposit. The soil is idealized as a collection of spherical particles using discrete element method. The spread footing is modeled as a rigid block composed of clumped particles, and its motion is described by the resultant forces and moments acting upon it. The structure is modeled as a column made of particles that are either clumped to idealize a rigid structure or bonded to simulate a flexible structure of prescribed stiffness. Analysis is done in a fully coupled scheme in time domain while taking into account the effects of soil nonlinear behavior, the possible separation between foundation base and soil caused by rocking, the possible sliding of the footing, and the dynamic soil‐foundation interaction as well as the dynamic characteristics of the superstructure. High fidelity computational simulations comprising about half a million particles were conducted to examine the ability of the proposed technique to model the response of soil‐foundation‐structure systems. The computational approach is able to capture essential dynamic response patterns. The cyclic moment–rotation relationships at the base center point of the footing showed degradation of rotational stiffness by increasing the level of strain. Permanent deformations under the foundation continued to accumulate with the increase in number of loading cycles. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

埋置简谐扭转荷载作用下广义Gibson饱和地基动力响应

考虑地基为饱和半空间,研究了广义Gibson饱和地基内作用简谐扭转动荷载时地基的动力响应问题。从Biot饱和地基固结理论出发,结合扭转振动的特点,建立了剪切模量随深度线性变化的饱和地基扭转振动的动力微分方程,通过Hankel变换求解此微分方程,给出了Hankel变换域内的切向位移和剪应力关于待定系数的表达式。根据饱和地基表面为自由表面,荷载作用面位移连续、剪应力差等于动荷载大小,波的辐射条件等边界条件求解出待定系数,借助Hankel逆变换给出地基内的位移和应力的表达式。通过数值算例研究发现:在同一水平面内,地基内的切向位移和剪应力曲线的实部和虚部都呈现出非常明显的波动变化规律;在竖向平面内,动荷载作用面上部区域内随深度逐渐增大时,地基内切向位移和剪应力曲线的实部逐渐增大,而在动荷载作用面下部区域则正好相反;扭转动荷载的影响范围主要是荷载作用面上下2倍半径区域。     

不同围压下饱和砂土不排水循环扭剪试验研究

利用河海大学与日本圆井株式会社共同研制的一种新型的多功能静动三轴仪进行了不排水循环扭剪试验。通过对空心圆柱体试样的动力扭剪不排水试验研究了相同相对密度在不同固结围压下的动力不排水响应。试验初步研究了通过用初始有效平均正应力归一化的有效应力路径,归一化有效应力路径有很好的一致性。如果保持相同的剪应力比,由初始有效平均正应力归一化的有效应力路径不受初始有效平均正应力的影响。     

周期性排桩设计频段隔振原理性试验研究

针对目前基于带隙理论开展的周期性隔振排桩性能研究偏重于解析理论分析和数值仿真计算的现状,采用原理性试验的方法,验证了周期性隔振排桩的衰减域特性。试验设计了4种工况：分别考虑了空心钢管桩和填土钢管桩两种排桩类型,以及六角晶格和正方晶格两种周期性布置方式。激振采用脉冲荷载激励,将隔振工况与无桩基本工况进行比较,对周期性排桩的振动衰减域进行了测试和分析,并与带隙理论计算的频率带隙结果进行对比。研究表明：在理论计算带隙范围内,各工况下实测衰减水平均在50%以上,最高达到98%。表明了周期排桩对特定频带的振动阻隔实际效果明显,隔振表现突出,证实了理论分析的有效性。周期排桩对水平方向的振动衰减优于竖直方向;从趋势上看,在其他条件相同时,六角晶格布置的周期排桩,其振动衰减水平优于正方晶格布置;桩内填土可有效增加六角晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域宽度,有效降低正方晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域起始频率。对应于试验的工程实际尺寸在0～80 Hz频段内出现多条带隙,并且最低可达20 Hz以下,这表明,基于带隙理论进行周期隔振排桩设计,在地铁列车振动环境影响的特征频段隔离或衰减中,具有广泛的应用前景。     

循环荷载下考虑主应力旋转的软土力学响应研究

目前用于轨道路堤分析计算的参数多是通过三轴试验获得,而列车荷载经过时土单元应力路径与循环三轴试验加载路径的显著差异可能导致预测失真而引发工程问题。针对某城市轨道进行了三维计算,并分析了移动列车荷载下土单元应力幅值、循环周数、主应力轴旋转的分布规律。在该基础上,采用空心圆柱循环扭剪试验对该复杂应力路径进行了模拟,研究了饱和软黏土的孔压及变形累积特性。结果表明,列车荷载经过时地基土单元大主应力将在(－90°, 90°)内发生旋转;该主应力轴旋转将显著促进软黏土孔压和应变的累积,竖向应力幅值为15 kPa时,循环扭剪试验产生的孔压值比循环三轴试验高77%,累积应变增大了近50%;随着循环应力水平提高,二者累积孔压及累积应变的差值还会进一步增大,甚至出现循环三轴下仅产生较小应变而循环扭剪下已破坏的本质性差异。     

消减地震勘探随机噪声:导数算子约束下的维纳滤波

为使传统的维纳滤波方法在最小均方准则下的解更准确、稳定,采用正则化思想,提出导数算子约束下的最小均方准则;在这种准则下,推导了维纳滤波因子及其频率响应.通过在不同频段取不同的正则化函数值,控制滤波结果.理论及实际地震勘探资料的分析表明:正则化维纳滤波去噪效果比传统维纳滤波好,且对有效波的损失较小,表明了文中所取正则项的可行性及有效性.最后讨论了通过建立正则化函数关系式,方便地提供正则化函数值以及圆滑振幅谱对改进滤波效果的可能性.     

线性剪切来流下串列双方柱绕流特性的数值模拟

为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切来流可以抑制涡漩脱落,降低斯特劳哈数;上游方柱驻点随剪切参数的增加向高速侧移动,当剪切参数大于0.3时驻点的位置不再发生变化。进一步通过对比剪切参数分别为0和0.1的模拟结果发现:串列双方柱间隙内流场有无涡脱产生与该区域内水平方向时均速度场为负的区域是否连续有关;间距比和剪切参数通过改变方柱周围的速度场对作用于方柱表面的压力产生较大影响,迎流面与背流面的压力差剧增导致方柱平均阻力系数剧增。     

指数函数剪切模量土层的地震随机反应

基于改进的一维剪切梁模型[1],对剪切模量为其深度的某一指数函数的成层非均质土层,推导了确定自振频率、振型函数、参与系数及稳态动力响应的封闭型解析表达式。首次证明了这种土层振型函数的正交性,利用随机振动理论,并基于基岩输入地震加速度的功率谱密度函数：白噪声谱和过滤白噪声谱,研究了该土层对地震的随机动力响应问题。计算表明：(1)在基岩输入地震加速度的功率谱为白噪声谱的情况下,土层的最大期望反应,均有别于过滤白噪声谱时的相应值。(2)平稳输入与输出过高地估计了土层的随机响应。     

层间隔震地震响应分析

为了研究层间隔震结构的减震效果和变化规律,通过运用SAP2000大型有限元分析软件,在建立层间隔震结构的三维模型基础上,设置所在不同的隔震层位置,对所建隔震结构模型进行仿真分析。输入选定的不同地震波,通过结构模型进行分析对比,得出层间隔震结构的变化规律和减震效果,同时讨论不同位置的隔震层对结构变化规律和减震效果的影响,从而验证层间隔震的有效性。     

基于Stacking模型融合的深基坑地面沉降预测

为了提高机器学习对深基坑地面沉降的预测能力,本文提出了一种基于Stacking集成学习方式的多模型融合的地面沉降预测方法,并以深圳某深基坑为例,采用斯皮尔曼相关性系数对基坑地面沉降的影响因子进行筛选;运用筛选后的8个影响因子建立Stacking深基坑地面沉降预测模型,以验证该方法的适用性。结果表明：Stacking预测模型的平均绝对误差为0.34、平均绝对误差百分比为2.22%,均方根误差为0.13,相较于传统基模型（随机森林、支持向量机和人工神经网络）,Stacking预测模型的平均绝对误差、平均绝对误差百分比和均方根误差值皆为最小。     

土−桩基−隔震支座−核岛地震反应试验研究

通过开展大型地震模拟振动台试验,对比研究了土−桩基−隔震支座−核岛结构和土−桩基−核岛结构的地震反应。试验采用橡胶铅锌支座作为基础隔震,放置于桩基承台和上部核岛结构之间,地基土采用某工程场地的均匀粉质黏土,试验输入的地震动时程,是由美国核电设计的 RG1.60 反应谱拟合而成。试验结果表明：隔震支座不仅可以改变上部结构频率、减小加速度和反应谱幅值大小,还可以减少下部桩的弯矩,起到降低上部结构的反应的隔震作用。但隔震支座的使用会改变桩基础的弯矩分布,核电工程采用隔震支座时应对桩基受力和变形进行特殊抗震设计,以保证土−桩−上部结构整体系统的抗震稳定性。     

基于粗糙度的雨海地形及撞击坑特征分析

以月球雨海地区为研究区,利用Matlab编程语言,结合分辨率为118 m的DEM数据,得出了该地区的均方根高程及均方根偏差分布图,并在研究区内选取18条剖面线,对其进行多种粗糙度参数计算。结果表明雨海地区粗糙度较大的区域主要分布在环形山和撞击坑等区域,粗糙度较小值则主要分布在被火山熔岩流填充的平原等区域,可以确定在百米尺度上环形山和撞击坑是影响雨海地形粗糙度的重要因素。对单个撞击坑而言,坑壁粗糙度最大,坑缘次之,坑底较为平坦,粗糙度最小。坑底粗糙度增大的现象可初步推断该撞击坑存在中央峰。     

Landsat 8卫星OLI传感器波段平均太阳辐照度计算

卫星传感器波段平均太阳辐照度(solar exoatmospheric spectral irradiances,简称ESUN)是反演地表温度、大气顶部反射率的重要参数。目前,Landsat 8卫星的传感器ESUN值美国地质调查局仍未公布。采用ChKur、WRC、Thuillier、ASTM和Wehrli太阳光谱数据,结合Landsat 8卫星的相对光谱响应数据,使用代入计算的方法分别计算了OLI传感器各波段的ESUN值。与ChKur数据计算的结果相比,应用Wehrli数据计算的结果均方根误差最小,使用WRC数据计算的结果均方根误差最大。为验证结果,用同样的方法计算了基于ChKur太阳光谱数据的Landsat 7卫星ETM+传感器的ESUN值,并与美国地质调查局官方推荐的结果做对比,结果表明,基于ChKur太阳光谱数据采用该方法计算结果较为符合官方数据。