地震载荷下核岛动力响应数值模拟

核电作为清洁型能源具有广阔的发展前景,研究核电站的地震响应具有重要意义。建立了AP1000核岛的有限元模型,进行模态分析获取核岛的振动形态。用无限元模拟远场地基,有限元模拟近场地基,并考虑基础埋置及土与结构相互作用,开展了不同地基条件下的核岛地震响应分析。结果表明：随着地基刚度的增加,核岛节点的响应加速度幅值增大,而加速度反应谱峰值对应的周期减小,核岛节点应力增大,但其相对位移减小;考虑土与结构相互作用之后,软弱地基的响应加速度峰值大幅减小,地基加速度反应谱峰值对应的周期增加,土与结构相互作用对此类地基上核岛的地震输入有较大影响;对于坚硬岩石地基,土与结构相互作用对地震输入的影响可以忽略。     

纵波作用下边坡动力响应规律研究

地震工程的观点认为水平地震力是引起岩土体破坏的决定性因素,竖向地震力的影响则微不足道。鉴于汶川地震中表现出竖向地震力对边坡和建筑造成极大破坏,本文利用FLAC软件对不同坡高、坡角的边坡在不同周期、振幅的纵波作用下边坡动力响应规律做了数值模拟研究。结果表明:坡高较低时,振动加速度在1/2坡高以下范围内随高程逐渐增大, 1/2坡高以上则保持不变,当坡高增大时,振动加速度变化出现律动性,坡顶附近较其他部位存在明显的放大; 坡角的增大会造成振动加速度放大幅度的增大; 振动加速度随动力振幅的增大而增大,并呈明显的线性关系; 振动加速度随地震波周期的增大逐渐减小。     

冻土路基在地震作用下的动力响应

青藏高原是地震多发区,冻土区的公路、铁路在地震作用下的动力响应必须考虑．将冻土作为黏弹塑性材料,考虑冻土在动力荷载作用下的热力耦合效应,从热传导方程、渗流微分方程和动力平衡方程出发,建立了冻土的动力热一力耦合微分方程．根据相应的有限元列式,对路基在地震荷载作用下的动力响应进行了计算与分析．     

动荷载作用下碎石渣路基动力响应的有限元分析

针对土资源缺乏地区利用施工造成的碎石弃渣作填料的高速公路碎石渣路基,采用有限元软件PLAXIS动力分析模块,计算碎石渣路基在车辆动荷载作用下的动位移、加速度等动力响应特性,并与传统的填土路基进行对比分析,验证了碎石渣路基具有较高强度和较强变形恢复能力等优点[1-9]。     

地震作用下含水平软弱夹层斜坡动力响应特性研究

基于相似性理论,设计并完成了2个含不同厚度水平软弱夹层的岩质斜坡。试验模型高度、长度、宽度分别为1.80、1.65、1.50 m,坡角约60°,软弱夹层厚分别为3、15 cm。输入不同类型、激励方向、频率和振幅的地震波,利用大型振动台试验中传感器记录的数据和正交试验,研究了斜坡的加速度响应特征及其影响因素。试验结果表明:斜坡动力加速度放大系数分布存在明显的坡内高程效应和坡面的非线性趋表效应。斜坡水平向坡面放大系数随斜坡高程增加呈波动性增大,薄夹层斜坡中、上部表现更为明显。竖直向坡面放大系数因软弱夹层厚度而异,薄夹层斜坡局部减小后增大,最大放大值出现在坡肩位置,而厚夹层斜坡最大放大值出现在软弱夹层底部。同等强度地震力激励下,坡内竖直向放大系数不及水平向,约为0.75倍。坡面上,水平和竖直向放大系数的相对大小与高程有关。软弱夹层以下,竖向放大系数大于水平向,夹层以上则相反。软弱夹层对斜坡动力响应的影响也因激励方向不同而有所区别,对水平向动力响应有一定的放大作用,而对竖直向动力响应则是吸收减弱。斜坡动力响应所选因素的影响大小顺序依次为斜坡高程、坡体位置、软弱夹层厚度、激励振幅、加载波形、激励方向,其中斜坡高程、坡体位置以及软弱夹层厚度对斜坡动力响应具有显著性影响。     

强震作用下岩质斜坡动力响应特性的大型振动台试验方案设计

为了深入研究斜坡变形破坏机理,为汶川地震诱发次乍地质灾害提供理论解释,通过振动台试验模拟汶川地震过程.在参考已有实验和研究成果的基础上,对大型振动台物理模型进行设计,介绍模型箱、模拟范围、模型相似关系、模型岩层材料、各监测断面的位置和传感器的布置,编制地震波加载制度.结果表明,拟定的大型振动台模型试验设计方案是合理的.     

冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

高铁路-涵过渡段路基动力响应特性及长期动力稳定性研究

以某高铁路基-涵洞过渡段为研究对象,在路基施工完成后开展了现场波速试验,获得了过渡段路基的动力特性参数。在联调联试期和正式运营期开展了两次过渡段路基的现场动力响应测试,分析了动力响应幅值沿线路纵向的分布特征,研究了列车驶向、车速和邻线行车对动力响应的综合影响,对比了两次测试的振动速度分布规律。基于现场试验结果,计算分析了过渡段路基的振动速度合成有效值以及动剪应变值。结果表明:列车驶向对振动速度的影响较为显著,邻线行车产生的振动速度增量不可忽略,振动速度与车速正线性相关性良好;正式运营前、后振动速度未出现显著差异,动剪应变均低于体积剪应变门槛平均值的1/5,过渡段路基的长期动力稳定性有保障。该分析方法和所获得的相关参数可为类似工程提供参考。     

动力时程响应的加卸载响应比描述研究

借鉴地震预报中的加卸载响应比理论,将作用在动力模型上的地震力视为加卸载,采用动力有限单元法和加卸载响应比理论开展全时程动力分析,建立了地震加卸载响应模型,采用相对位移(速度、加速度)作为响应参数,对地震过程加卸载响应比理论在动力响应预报方面进行了有益探索。结果表明,由于相对响应参数比绝对响应参数更能体现动力模型的变形趋势,反映动力荷载的作用机制;以加卸载响应比判断地震稳定性,是可以反映动力响应程度大小的一种有效方法。     

构造动力成矿研究的新进展

近年来,构造动力成矿研究取得了很大的进展：关于矿床的大地构造背景,根据构造与成矿全球变化的系统对比,提出了超大陆旋回对成矿演化的宏观控制,并探讨了成矿作用与地球动力学的关系;四维（元）的、动态的成矿分析成为现代成矿学的发展方向之一;引张、挤压和剪切动力成矿作用是构造动力成矿的基本形式,它们各具特点。此外,在动力成矿机理和动力成矿模式的探索上也取得了一些重要的新认识。这些正促使传统成矿学发生重大变革。     

刚性动力荷载作用下地基动力反应的若干问题

研究了地基表面在刚性动力荷载作用下的动力反应,给出了柱坐标解。在此基础上获得一个实用的地基动力刚度。定性地讨论了地基刚度和阻尼及其相互关系。并提出一个求取地基动力刚度和粘滞系数的实用化方法。     

桩柱结构在地震作用下非线性响应研究

基于试验基础上建立的经典弹塑性模型--剑桥模型能够准确描述正常固结土的应力-应变关系。当土体的应力历史上经历过卸载或受到循环交变荷载作用即进入超固结状态,它作为土的应力历史的反映,相比正常固结土受力特性有着显著的差异。为研究超固结因素对土体加载特性的影响,在引入能考虑超固结状态影响的下负荷面剑桥模型后,通过三轴压缩和剪切试验对处于超固结状态下土体的受力特性进行了对比分析,并对循环剪切加载下的应力-应变关系以及超固结比的演化规律进行了研究。结果表明,下负荷面剑桥模型能准确反映超固结因素对土体力学特性的影响,相比原状土有着更高的屈服强度。而通过数值模拟自由场地基在地震作用下的动力响应可以看出,超固结因素对地基的动力响应起到了不可忽略的影响,尤其在强震下更需要考虑其影响。在自由场地基地震动力响应基础上,通过对桩柱结构桩-土耦合系统在地震作用下非线性动力响应的模拟对土体非线性以及超固结因素的影响进行了对比研究,研究表明：土体的非线性因素能显著降低结构振动响应中的高频成分,由于土体在交变加载下很快进入超固结状态,相对于剑桥模型,下负荷面剑桥模型在考虑超固结因素后土体的承载性能显著提高,尤其在强震作用下超固结因素带来的影响更加明显,因此,建议对桩基结构物地震响应研究考虑超固结因素影响,以提高桩基结构物地震响应模拟的精确度和可靠性。     

混凝土在动态双向压力作用下的强度和变形特性

在大型液压伺服混凝土静动三轴试验系统上对立方体试件进行不同应变速率下的压缩试验,系统研究了混凝土在双向压应力状态下的动态强度和变形性能,两轴向加载的比例为1 : 0,1: 0.25,1: 0.5,1: 0.75,1 : 1五个级别,加载速率分别为10-5,10-4,10-3,10-2/s四个量级。试验表明：随着应变速率提高,任一应力比例下混凝土的极限强度均有提高,应变速率每增加一个量级,混凝土剪切破坏面相对低应变速率下的破坏面提高2 %～10 %;弹性模量随着应变速率的增加也有增加的趋势;应力-应变曲线的线性段随着应变速率的增加明显扩展,非线性段的弯曲程度减弱;应变速率对双向应力状态下的双向破坏模式影响不大。     

Dynamic response of flexible rockfall barriers under different loading geometries

Flexible steel barriers are commonly constructed on steep hillsides to mitigate rockfall. The evaluation of the dynamic response of proprietary flexible barriers is conventionally performed using full-scale field tests by dropping a weight onto the barriers in accordance with the European test standard ETAG 27. The weight typically has a spherical or polyhedral shape and cannot reproduce more complex rockfall scenarios encountered in the field. A rigid slab may load a barrier over a larger area and its effect has not been investigated. In this study, a calibrated three-dimensional finite-element model was developed to study the performance of vertically and horizontally orientated rockfall barriers under concentrated areal impact loads. A new bilinear force-displacement model was incorporated into the model to simulate the behavior of the energy-dissipating devices on the barriers. The effect of different weight geometries was studied by considering impacts by a rigid single spherical boulder and a rigid slab. Results reveal that areal loading induced by a rigid slab increases the loading on the barrier foundation by up to 40 % in both horizontally and vertically positioned barriers when compared to a concentrated load scenario with a single boulder. This indicates that barriers tested under the current test standard does not give the worst-case scenario in terms of foundation loads, and barrier designers should take into account the possible effect of increased foundation loads by reinforcing the barrier posts and/or increasing their spacing.     

动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性

深部岩体工程中,锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态,受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效,因此,亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台,自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置,开展动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性研究。结果表明：初始动载荷作用下锚杆滑移量随着入射能的增加而增加,锚杆中应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小,当应力波传播至锚杆最里端时,应力波峰值衰减较大;第2次动载荷后锚杆SG1处与SG2处应力波峰值差明显比第1次减小,表明动载荷下锚固界面从锚杆外端开始损伤;锚杆失效与锚固界面损伤有关,锚杆承载后初次受到动载荷的影响导致锚固界面产生损伤,损伤锚固段又受到外部载荷（如二次冲击、岩体挤压）作用时会进一步劣化,其不能抵抗围岩的变形而失效。研究结果为揭示锚杆支护失效行为,采取合理的设计与施工提供新的思路。     

循环荷载下低填方桩承式路堤动力响应分析

低填方桩承式路堤在交通荷载下的动力响应特性与路堤的承载能力及其稳定性密切相关。基于前人的室内模型试验,采用PFC2D软件建立了桩承式路堤离散元数值分析模型;采用数值双轴试验、数值单向压缩试验分别对路堤填料和桩间土的细观参数进行了标定;同时,根据路堤荷载传递效率对模拟结果与试验数据进行了对比分析,验证了离散元数值模型的正确性及适用性。在此基础上,在低填方路堤表面施加正弦波循环荷载,并对路堤荷载传递效率、接触力分布及路堤沉降等的变化规律进行了分析。模拟结果表明：在循环荷载作用下,低填方路堤中土拱结构的承载力先逐渐弱化并最终趋于稳定;该弱化作用在宏观上表现为路堤荷载传递效率的逐渐降低,而在细观上则表现为桩顶及桩间土上方接触力差异程度的逐渐减小;同时,土拱结构的弱化将不断加剧路堤表面的不均匀沉降。     

Study on dynamic response of saturated soft clay under the subway vibration loading I: instantaneous dynamic response

In this paper, the results of the instantaneous dynamic response of saturated soft clay under the subway vibration loading are presented. Based on the assumption of soil as viscoelastic medium, wave equation under forced vibration of three-dimensional anisotropy is derived, and time–space domain semi-analytical solution is given through Laplace and Fourier transform and their inverse transform using MATALB. Taking Shanghai metro line No. 2 for example, the dynamic monitoring is conducted with embedded earth pressure gauges and pore piezometers around the tunnel, and the horizontal response amplitude of dynamic stress of soil around the tunnel is calculated by the method presented in this paper with the laboratory Global Digital System test apparatus to determine the related calculation parameters. Then, a comparative analysis is made between calculation result and continuous field monitored data, and it is found that the attenuation trend of the two cases agree well with each other both in the horizontal and vertical direction, which indicates that the method presented in this study is reasonable.     

冲击荷载下饱和软土动态响应特征的试验研究

基于现场动力排水固结法加固饱和软土地基工程实践和室内动力固结试验,结合土体压力分析了饱和软粘土在冲击荷载作用下的变形与孔压的发展变化规律。研究表明：冲击荷载引起土体变形和激发的孔压具有不同发展模式,土体变形与冲击击数是对数双曲线关系,而孔压与冲击击数之间仅是双曲线关系。     

构造煤复电性实验及其特征研究

通过测定不同地点的6种不同变质程度的构造煤在常温常压下的阻抗振幅,得到不同类型构造煤振幅谱各自不同的特点,在所测100 Hz~100 kHz频率范围内,各类构造煤Z-f (阻抗振幅-频率)呈一条单调递减曲线。在交变电场下烟煤的导电性较无烟煤及其他岩石差。在所测频段内,无烟煤Z值明显低于烟煤,且差值随着f增大逐渐减小。通过对构造煤Z-M (阻抗振幅-水分)的拟合,得到相关公式;再利用所得构造煤阻抗振幅验证其公式可靠性,找出优势频段。初步分析了煤岩的幅频特性,为试图利用煤岩电性频率域响应特征差异来反映不同变质程度构造煤及与其他岩矿石的导电机理及结构模型,进而为用电法勘探物质组成与结构提供理论与实验基础。