地震作用下不同类型夯土长城的动力响应及稳定性分析

为了研究不同类型长城在地震作用下的动力响应特征及抗震稳定性,选取了黄羊河农场段长城、金川西段长城和长城博物馆段长城作为研究对象,通过室内土工试验得到了这3段长城的基本参数,并运用Midas-GTS软件分别建立数值模型,并输入山丹—民乐6.1级地震波判断不同长城段的动力响应及稳定性。结果表明:黄羊河农场段长城加速度和位移最大值都位于墙体右上侧,墙体最大拉应力在墙体底部,整体稳定;金川西段长城加速度和位移随高度的增加而增大,拉应力最大处在掏蚀部位,在地震作用下不稳定;长城博物馆段长城在通道上部加速度和位移最大,最大拉应力位于通道周围,在地震作用下不稳定。     

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

静力作用下夯土遗址根部掏蚀失稳机制实验研究

根部掏蚀是土遗址坍塌的主要因素。关于土遗址掏蚀失稳机理已有众多研究成果,但主要基于数值模拟和理论分析,等比例进行根部掏蚀实验的研究较少。基于夯土遗址掏蚀调查研究,制作1∶1夯土墙体模型,通过墙体根部掏蚀实验和数值模拟对其失稳机制进行研究。实验结果表明:掏蚀深度小于20%时,墙体应力变化很小;掏蚀深度大于20%时,墙体出现偏应力,并且快速增大;掏蚀深度为45%时,墙体发生倾倒破坏。在实验过程中,墙体应力重分布主要发生在掏蚀阶段,掏蚀稳定后应力变化不明显;墙体倾倒破坏过程非常迅速,整体表现为刚性倾倒,从夯层根部层界面拉裂是主要破坏模式,其应力应变特征与数值模拟结果相吻合。研究成果可为夯土遗址根部保护和夯筑支顶加固提供参考依据。     

门源MS6.9地震诱发明长城山丹段破坏机理分析

2022年1月8日青海门源发生了M_S6.9地震,造成位于低烈度区的甘肃省山丹县境内明长城墙体局部坍塌。作为国家重点文物保护遗址,其坍塌墙体距离此次地震震中114 km,地面振动强度相对较弱,因而其地震破坏机理值得深入研究。地震后,对已坍塌长城墙体进行工程地质调查、病害调查,然后结合调查结果进行理论分析与数值模拟来研究坍塌墙体震害机理。结果表明：此段长城墙体掏蚀病害发育,墙体构造裂缝暴露,尚无保护措施;坍塌墙体临近国道和便道,环境振动效应明显;墙体南北两侧风化差异性明显,北侧墙体含水率较高,夯土强度较低;墙体既有病害加剧了地震惯性力的影响,导致低烈度区长城墙体发生局部坍塌。此次地震对甘肃河西地区明长城遗址保护具有警示意义,研究结果为后期明长城抗震保护提供一定的科学依据。     

甘肃武都典型夯土民房承重墙体抗剪强度试验研究

武都是甘肃省典型夯土民房使用地区.试验中使用武都当地常用土料,完全按照当地施工工艺夯筑两片夯土墙体试件,利用伪静力方法研究墙体抗剪强度.结果显示:(1)上覆荷载对夯土墙体的水平承载力和变形影响较大,随着上覆荷载从10 kN增加到18 kN,开裂荷载和极限荷载分别增加了217％和359％,极限顶点位移则降低了30％;(2)在水平往复荷载的作用下,夯土墙体始终沿着夯土层间水平和垂直接触裂缝处产生破坏,最终碎裂成块体.最后提出了使用铁丝网来加固现存夯土民房承重墙体的建议.     

甘肃典型夯土民房承重墙体加固试验研究

武都是甘肃省典型夯土民房使用地区,研究其夯土民房的抗震性能对于防灾减灾具有重要意义。在试验中,使用武都当地常用土料,完全按照其施工工艺夯筑4片夯土墙体试件,利用伪静力方法研究了素土墙体与使用铁丝网加固墙体的抗剪强度。结果显示：①在竖向荷载10 kN条件下,加固墙体试件较素土墙体试件的水平开裂荷载和极限荷载分别增长了73%和38%,在竖向荷载18 kN条件下,加固墙体试件素土墙体试件的水平开裂荷载和极限荷载分别增长了76%和5%;②随着竖向荷载从10 kN增加到18 kN,素土墙体试件的水平开裂荷载与极限荷载分别增长了217%和359%,加固墙体试件的水平开裂荷载与极限荷载则增长了223%和249%;③在水平往复荷载的作用下,夯土墙体始终沿着夯土层间的水平和垂直接触裂缝产生破坏,最终碎裂成块体。     

不同掏蚀深度下古城墙的稳定性数值分析

以浙江良渚古城的宽顶古场面墙稳定性问题为研究对象,本文针对古城墙可能出现的不同深度的风沙掏蚀的实际工况,通过有限差分软件FLAC3D,建立计算模型进行了稳定性分析,探讨了不同掏蚀深度下城墙破坏机理和规律.研究表明:当城墙墙根掏蚀深度不是很大时,城墙整体稳定,土体开始出现比较小的位移量,掏蚀部位及其周围出现局部塑性破坏现象.随着掏蚀深度的增加,城墙塑性破坏区域不断向城墙体内部、顶部及顶部后缘范围发展,城墙上的土体位移量随着掏蚀深度的增加而呈数量级的增加,直至城墙出现整体崩塌破坏.掏蚀作用加剧了地震作用下城墙体的破坏,在掏蚀部位形成潜在破坏口,内部形成塑性贯通区,造成墙体整体崩塌.     

土层剪切波速测试中的不确定性对场地地震动参数的影响分析——以Ⅲ类场地为例

本文选取山东地区2个Ⅲ类场地的工程地质勘探及土层剪切波速等资料,将土层厚度按5个深度段,每个分段给出了4个土层剪切波速的改变量,通过改变不同深度段土层剪切波速,建立了19种土层地震反应分析模型,分析了不同深度段,不同概率水平下土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响。研究表明,不同深度段土层剪切波速的变化对场地地震动参数的影响有差异。具体表现为,土层剪切波速的改变在1—10m、11—40m和地震输入界面处三个深度段对地震动加速度峰值影响较大;其中,41—70m和71—100m两个深度段剪切波速的改变对地震动加速度峰值影响小;在土层深度1—10m时,剪切波速降低,峰值变大,剪切波速的改变与峰值的改变呈负相关;在其它深度段,剪切波速降低,峰值变小,剪切波速的改变与峰值的改变呈正相关。剪切波速的改变在1—10m和11—40m两个深度段对地震加速度反应谱影响较大;在41—70m、71—100m和地震输入界面三个深度段对地震加速度反应谱影响很小。     

玉门关段汉长城墙体结构抗震性能研究

基于野外调查和室内试验建立了玉门关段汉长城结构的三维动力分析模型,其中以长城墙体结构中的夯土层、芦苇层和芦苇绳为主要研究对象。采用有限差分法计算了该段长城结构在地震动作用下的抗震性能。计算结果表明:在自重作用下,芦苇层与夯土层变形机制相互补充,芦苇绳的拉结作用明显,整个墙体变形合理;从墙体底部到顶部,地震波的高频成分减少,低频成分增加;在强震作用下,墙体芦苇层的最大应力远小于单根芦苇纤维的抗拉强度,处在比较安全的状态;采用格栅单元和锚索单元分别模拟芦苇层、芦苇绳是合理的。研究成果可为河西地区土遗址保护提供参考。     

竹片网水泥砂浆加固承重夯土墙体抗震试验研究

为了提高村镇承重夯土墙体的抗震性能,对2片竹片网水泥砂浆加固墙体和1片未加固对比墙进行拟静力试验,研究其破坏形态、水平承载力、滞回性能和耗能等抗震性能。试验结果表明:与未加固夯土墙体相比,加固后墙体的受力性能、变形性能及耗能能力均得到明显改善;同等加固水平下:斜放竹片网对夯土墙承载力的提高显著,相比对比试件峰值荷载和极限荷载分别提高82.58%和76.97%;正放竹片网加固的墙体滞回曲线更加饱满,骨架曲线下降更加平缓,变形能力和耗能提高更加明显,相比对比试件峰值位移和极限位移分别提高63.33%和327.69%,耗能提高了781%,且正放竹片网加固施工方便,可提倡应用。总之,竹片网水泥砂浆加固方法生态经济,可明显减轻墙体的破坏,有效改善墙体抗震性能,研究成果可对村镇夯土建筑实地加固提供参考。     

The cycle of instability: stress release and fissure flow as controls on gully head retreat

Gully head and wall retreat has commonly been attributed to fluvial scour and head collapse as a result of soil saturation, sapping or piping. The empirical evidence to substantiate these conceptual models is sparse, however, and often contradictory. This paper explores the hydrological and mechanical controls on gully head and wall stability by modelling the hydrology, stability and elastic deformation of a marl gully complex in Granada Province, south‐east Spain. The hydrological and slope‐stability simulations show that saturated conditions can be reached only where preferential fissure flow channels water from tension cracks into the base of the gully head, and that vertical or subvertical heads will be stable unless saturation is achieved. Owing to the high unsaturated strengths of marl measured in this research, failure in unsaturated conditions is possible only where the gully head wall is significantly undercut. Head retreat thus requires the formation of either a tension crack or an undercut hollow. Finite‐element stress analysis of eroding slopes reveals a build up of shear stress at the gully head base, and a second stress anomaly just upslope of the head wall. Although tension cracks on gully heads have often been attributed to slope unloading, this research provides strong evidence that the so called ‘sapping hollow’ commonly found in the gully headwall base is also a function of stress release. Although further research is needed, it seems possible that ‘pop out’ failures in river channels may be caused by the same process. The hydrological analysis shows that, once a tension crack has developed, throughflow velocity in the gully headwall will increase by an order of magnitude, promoting piping and enlargement of this weakened area. It is, therefore, possible to envisage a cycle of gully expansion in which erosion, channel incision or human action unloads the slope below a gully head, leading to stress patterns that account for the tension crack and a stress‐release hollow. The tension crack promotes faster throughflow, encouraging hollow enlargement and piping, which undercut the gully head. The tension crack permits the development of positive pore‐water pressures behind the gully head, leading either to failure or contributing to toppling. Finally the debris may be eroded by fluvial action, unloading a new section of slope and completing the cycle of gully head retreat. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

夯土住宅结构性能分析及加固方法

以现存夯土住宅为研究对象,在获得实地调研数据的基础上,建立有限元分析模型。通过静力分析、地震反应谱分析,探讨了夯土住宅的受力变形特点,结果表明檩-墙连接部位、山墙中部以及纵墙顶面部位是结构的薄弱部位。针对上述问题,提出了分别在檩条下设置弧形垫块、山墙外设置扶壁柱和纵墙顶面设置木圈梁的解决方法,并通过分析证明了其合理性,以供此类建筑的加固改造参考。     

填充墙刚度影响的实测高层建筑增量动力分析

高层结构中的填充墙在地震作用下与周围结构构件之间的相互作用十分复杂,对建筑结构的整体抗震性能具有较大影响。然而我国规范在设计阶段通常不考虑填充墙对结构抗震性能的影响,统一采用周期折减系数来考虑其刚度变化引起的内力变化,因此准确评估填充墙对结构抗震性能的影响具有重要意义。本文在对一栋框-剪结构和一栋剪力墙高层建筑进行随机振动测试的基础上,利用Perform-3D对每栋高层分别建立了3种分析模型。其中对未考虑填充墙作用的结构模型,分别采取规范建议值和实测结果值两种方式进行周期折减。对通过添加斜撑单元来考虑填充墙作用的结构模型,利用环境激励测试识别获得的结构模态信息进行模型修正。对该3种模型进行了增量动力分析,探讨潜在危险性水平地震作用下填充墙对高层建筑抗震性能的影响。结果表明,填充墙增加了结构在弹性阶段的整体初始刚度,但随着地震动强度的增加逐渐丧失对结构刚度的贡献作用。相比考虑了填充墙作用的模型计算结果,规范建议的周期折减系数较为保守。同时研究发现,填充墙对高层框-剪结构的影响程度要比剪力墙结构大。     

1954年甘肃山丹7(1/4)级地震史料补遗

在归纳1954年山丹71/4级地震已有地震史料的基础上,根据新获得的朱允明(2006)《山丹地震考察笔记》的详细考察资料,按照《新中国地震烈度表》重新评定了本次地震中各考察点的地震烈度,重新绘制了该地震的等震线图。其中,极震区Ⅸ—Ⅹ度区长轴方向为北西向,呈扁椭圆形,长轴直径约40km;Ⅷ度区南西侧为山丹盆地,第四纪沉积较厚,地震烈度衰减缓慢,因此,Ⅷ度区等震线向南明显突出。1954年山丹71/4级地震极震区位于龙首山北缘断裂西段,大致与该断裂的包代河-黑头山段相吻合,综合分析认为,该段断裂是本次地震的主发震断层,而破喇嘛顶西缘断裂和毛湖洞断裂是重要的参与断裂。