土(尾矿)坝的三维有效应力动力反应分析

本文首先根据试验资料整理出可用于三维应力状态的振动孔隙水压力增长的公式,然后提出了一个计算饱和土体(尾矿)地震反应的三维动力分析方法。该法不仅考虑到动剪应变与动剪切模量之间的非线性关系,而且还考虑到随振动孔隙水压力的逐渐增长而变化的动力性质。这个方法能够求得地震过程中三维应力状态土坝的加速度、动应力,动应变以及振动孔隙水压力随着时间的发展以及液化的开始和发展的过程。 以安徽铜陵尾矿(副)坝为例,采用空间等参数法,用本文提出的分析方法和振动孔隙水压力公式,详细地分析了该坝在0.1g和0.2g地震情况下的各种反应量和稳定情况。     

岳城水库土坝抗震加固有效应力动力分析

岳城水库土坝采用了上游压坡铺盖加固的方法,以防止坝体动力和静力坍滑。本文对该坝的有压坡铺盖断面和无压坡铺盖断面进行了大量的非线性静力计算和动力计算。静力计算采用应力和渗流一并考虑的计算方法,并考虑水位骤降的影响。动力计算采用非线性的二维有效应力方法。计算中都用等参数单元。文中分析比较了两个断面的静应力、流网、静力稳定安全系数、加速度反应曲线、剪应力反应曲线,最大动剪应力和动剪应变,振动孔隙水压力的分布、振动残余变形、残余位移、动力稳定系数等等。 分析指出,压坡铺盖加周措施对该坝是有效果的。     

估计土坝地震反应的有效应力简化方法

本文根据有效应力原理,提出了一种可以估计土坝地震反应的有效应力简化方法,该法不仅考虑了动剪切模量和阻尼比随剪应变变化的非线性性质,而且考虑了振动孔隙水压力的产生对动剪切模量G的影响(软化)。利用本法可以不需电算而仅用手算求得在地震作用下土坝坝顶的最大加速度和坝的自振周期。文末举有算例。     

考虑渗流作用的土坝地震反应分析

引入比奥固结理论采用流体-固体完全耦合的方法,考虑了孔隙水流动对坝体的孔隙水压力、应力及变形的影响,并用FLAC对土坝分别进行了耦合与非耦合数值模拟,对比结果表明考虑孔隙水流动时坝体水平变形量和竖向变形量都有所增大而孔隙水压力和有效应力的变化趋势取决于所在坝体的位置;对于地震时间较长,土层较薄,渗透系数较大的坝体需考虑孔隙水的流动。     

Q_3黄土残余变形对孔隙压力控制作用试验研究

土体残余变形与孔隙压力的作用关系,是理解土体受荷力学响应行为的重要问题。利用室内静(动)三轴试验,获取天然黄土受载后的轴向残余变形、体积残余变形、孔隙气(水)压力变化的时程数据,研究残余变形和孔隙压力的对应关系,厘定残余变形对孔隙压力的控制作用。结果表明:轴向残余变形描述孔隙气(水)压力的响应过程及绝对量值时,具有局限性;孔隙气(水)压力的响应过程及成因具有一致性,与初始应力条件及加载形式无关;孔隙水压力的绝对量值对围压具有强依赖性,体积残余应变相同时水体对孔隙水压力绝对量值的贡献是气体对孔隙气压力的10倍。孔隙压力的响应过程及成因,取决于固相颗粒介质和气、水相介质之间的作用机理;其绝对量值,决定于气、水相介质的渗透性、压缩性等固有特性。     

饱和砂层抗震稳定分析的孔隙水压力方法

本文提出了一个广泛适用的饱和砂层抗震稳定分析方法。文中用有限单元和有限差分相结合的方法,计算出地震作用下饱和砂层中各点的动力孔隙水压力反应;又依据极限平衡理论,算出了各点的限界孔隙水压力,并将二者的比值作为稳定性和液化势的评价准则。本文提出的方法曾应用于我国若干重大工程的分析,得到了较好的效果。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

某核电站导流堤地基液化及地震永久变形分析

在地震反应分析中常采用总应力分析法,但总应力法没有考虑孔隙水压力的变化规律和液化随时间的发展过程。基于二维有效应力动力分析方法,结合Biot动力固结理论,采用自行开发的有效应力动力分析程序对某核电站导流堤地基进行液化分析,给出在地震作用下砂土层的液化范围,并计算出永久变形。所得结论可以给类似工程提供理论指导。     

强震作用下深厚砂质覆盖层土坝有效应力动力分析

利用基于Biot的饱和多孔介质理论和砂土多重机构模型的动力分析有限元程序FLIP,对遭受M6.7地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行有效应力动力分析,研究坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力的分布规律。通过对坝体加速度和永久变形的计算结果与现场实测数据的比较分析,证明两者之间存在一定差异,但计算结果基本上反映坝体加速度与永久变形的实际分布特征,从而说明采用的数值计算方法和本构模型具有一定精度。根据计算结果可以得出:坝体无液化发生;坝底上游浅层地基可能会发生局部液化,但范围较小,可以不进行加固处理;坝趾附近浅层地基可能会发生较大范围的液化,因此须采取相应的抗液化加固措施。     

地震时隧道衬砌受力敏感性的简化理论分析

为了分析地震区隧道对各影响因素的敏感性,把隧道简化为圆形用拟静力法考虑地震的作用;围岩压力简化为均布,运用结构力学中的力法原理,结合敏感度函数的定义,推导了衬砌的内力(弯矩、轴力、剪力)关于垂直和水平地震作用力、地震作用下增加的孔隙水压力和围岩压力的敏感度函数.并对一工程实例进行了计算.结果表明:衬砌内力对各影响因素的敏感性与各因素数值的大小无关,与衬砌结构形状及侧压力系数有关;并随着侧压力系数的增加敏感性减小,表明浅埋隧道对地震的作用更敏感;衬砌对水平地震作用敏感性最大,并指出了一些最敏感的部位;孔隙水压力的存在有助于改善隧道的受力.     

有效应力动力分析方法的探讨

本文从液化机理着手,推求了残余孔隙水压力发生、扩展及消散所遵循的数学方程。在这个方程中,由于同时求解残余孔隙水压力和土骨架位移,因而称之为耦合方程。当引入总应力不变假定时,则得到以残余孔隙水压力作为单一未知数的非耦合方程,文中证明只有在水平均匀地基、静泊忪比等于0.5的情况下,两类方程才是等价的。利用驻值原理对两组方程相应的泛函进行了有限元离散化,通过文中给出的两个算例的计算和分析,得到一些有意义的结论。     

地面微倾斜可液化场地中地铁地下车站结构的地震反应研究

砂土液化造成了大量建筑物的破坏,但目前对砂土液化地基中地铁地下结构的地震反应研究相对较少,尤其对微倾斜液化地基中地铁地下结构地震反应的研究更为缺乏。基于有限单元法,采用已开发的砂土液化大变形动力本构模型模拟液化土层的剪切大变形,采用基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法的有限单元网格动态自适应调整技术解决土体液化大变形发生后有限单元的畸变问题,建立了地面微倾斜液化地基中土体-地下结构非线性动力相互作用的数值分析模型,分析了地面倾角变化对地铁车站周围地基液化分布特征、车站结构周围土层侧移变形特征、地下结构上浮和应力反应的影响规律,揭示了微倾斜液化地基中地铁地下车站结构的地震反应特征。     

基于流固耦合的静态库仑应力变化的数值计算及其在地震触发研究中的应用

地震"应力触发"是近年来地震科学研究中的热点之一,由地震引起应力转移从而对后续事件产生触发作用的应力触发模型已被大量震例的研究成果所支持。应力触发理论中的最关键问题是如何计算库仑应力变化,但传统方法的计算一般都是基于Okada的解析解,其中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响。同时,模型中通常仅仅计算同震位错效应所产生的库仑应力变化,而不考虑震后余滑、孔隙流体迁移等其他因素造成的影响。但实际上,流体广泛存在于地下岩土介质中,对固体变形有着非常重要的影响。当主震发生后,随着时间的推移,震后余滑、介质孔隙压变化等震后效应的作用逐渐突出,由此引起的静态库仑应力变化也逐渐发挥作用。为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合作用,针对3种不同类型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),利用有限元数值模拟方法,分别计算同震静态库仑应力变化的空间分布,然后将其结果与传统算法进行比较,考察流-固耦合的效果。在此之上,进一步计算震后余滑、孔隙流体迁移等引起的库仑应力变化的时空分布,定置分析这些因素对地震触发的影响。研究中,主要获得的成果如下:(1)3种不同类型地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同:走滑型地震产生的同震孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化的影响较大;逆冲和正断层地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反;孔隙压在逆冲地震的震源附近上升,而在正断层地震的震源附近下降。同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲地震产生的介质孔隙压变化使得震源附近的应力影区面积减小,这将会触发更多的余震;而正断层地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样可能会减小该区域余震发生的机会。(2)3种不同类型地震的震后流体扩散效果也很不相同:在渗透率相同的介质中,走滑型地震的孔隙压力变化衰减速度相对较慢,在20天内逐渐衰减;逆冲和正断层地震产生的孔隙压变化则会在10天内急剧降低;但3种不同类型地震的孔隙压变化最终都会在60天后衰减完毕。虽然孔隙压力变化会在震后不断地演化,但由于孔隙压力变化对库仑应力变化的贡献所占比例较小,因而对总体静态库仑应力变化的影响非常有限。由此可见,单纯震后流体孔隙压力变化对地震触发的能力较弱,震后流体运移触发地震的物理机制还需深入研究。(3)3种不同类型地震的震后余滑效果也很不一样:走滑型地震的震后余滑能整体上提升库仑应力变化的幅度,触发更多的地震;逆冲地震的库仑应力上升区域会在空间中整体扩展,触发范围更大的余震;而正断层地震的震后余滑对库仑应力变化的影响较小,仅沿断层两端有较小的扩展。(4)此外,研究中还专门利用传统方法计算了四川芦山地震(A/s7.0)对其余震的触发情况。当选择最优破裂面投影、或选择余震节面投影或使用不同的震源位错模型以及不同的有效摩擦系数时,大量的数值计算均发现,芦山地震对其余震没有明显的触发效果。总之,计算地震引起的库仑应力变化不是一个简单的问题,它涉及地震发生、震后响应、构造应力场和介质环境变化等。只有充分利用数值模拟手段,考虑诸如介质的流-固耦合等多种物理因素,才有可能获得比较接近真实的库仑应力变化,从而使得地震触发理论更为完善,能更加科学合理地分析地震趋势及评估地震灾害。     

室内岩石水压致裂三轴试验研究

水库蓄水为什么会诱发地震,至今人们的认识不尽一致,原因是多方面而且是十分复杂。但无论哪种诱发机制理论,水的作用都被列为重要因素。从岩石力学观点看,水的作用不仅使岩体(或断裂带)的性质发生“软化”,而且随着孔隙压力的增加使基岩的应力状态发生变化,从而改变了岩石的强度和变形特性。作者1981年发表的论文中对“软化”问题已作了论述,本文主要探讨孔隙压力的影响。试验采用新丰江水库主要断裂带区的花岗岩30块试件,分成烘干和饱和两组,在不同围压和轴压力作用下,通过中间孔注液产生孔隙压力,使岩样破裂,简称为“水压致裂三轴试验法”。这种试验测量其致裂强度特性,变形特性及破裂模式等一系列参数,为水库地震诱发机制的研究提供一个方面的判据。     

龙滩水库库区地震活动与水位的互相关分析及孔隙压力扩散系数估算

对广西壮族自治区龙滩水库库区2013年3月1日至2019年10月31日的地震数目与水位进行互相关计算，得到了地震活动对库区蓄水响应的延迟时间为37天，并通过替代数据检验确认了其可靠性。37天的延迟时间说明在水位达到峰值后地震活动开始快速增强，可能暗示着现阶段库水流体作用的影响主要局限在库区内。根据延迟时间和地震深度分布，以及周期性边界条件下孔隙压力扩散方程的解，在不考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到孔隙压力扩散系数D=(8.66±4.11) m²/s；在考虑孔隙压力扩散与应力耦合时得到扩散系数D=(1.72±0.82) m²/s。后者在物理上更为合理，说明现阶段孔隙压力扩散与应力耦合可能是诱发龙滩库区水库地震的主要因素。     

基于Finn本构模型的饱和砂土地震液化分析

天然地震作用下的饱和砂土液化问题是岩土地震工程研究的重要课题之一。目前,国内推荐使用的规范法是基于实际地震液化调查而建立的判别方法,方法本身缺乏理论基础。采用Finn液化本构关系建立了砂土液化数值分析模型,运用有限差分法的动力时程分析模块,分析了饱和砂土地基的地震液化问题。结果表明,将Finn本构模型应用于砂土液化分析,可以较好地给出地震作用过程中孔隙水压力和有效应力变化的规律。     

基于可靠度理论的水库诱发地震分析

分析了水库诱发地震的影响因素,详细阐述了库水在诱发地震中起到的作用;将诱发水库地震的因素——断层面的产状、摩擦系数、凝聚力、应力状态、孔隙水压力视为随机变量,基于断层面的库仑应力,建立断层发震的功能函数,并应用可靠度理论,分析各主要因素对发震概率的影响。经一特定实例分析表明:1)随着断层面孔隙水压力的增加,断层发震概率大幅度增加;在孔隙水压力均值相等的条件下,随着发震部位孔隙水变异性的增加,发震概率明显增加;2)走向与水平向大主应力方向一致的断层和倾角60°的陡倾角断层更容易诱发地震;3)水平向小主应力对诱发地震的影响较大主应力大得多,水平向小主应力越大,断层越稳定,诱发地震的概率越小;4)随着断层面的摩擦系数和凝聚力的增加,断层的发震概率逐渐减小,但断层面摩擦系数对诱发地震的影响较断层面的凝聚力大得多。     

评“紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用”二维模拟的局限性

2014年10月《地球物理学报》出版的陶玮等(2014)"紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用"一文基于完全耦合孔隙弹性理论,采用二维有限单元法模拟了紫坪铺水库蓄水造成的库区应力场和孔隙压力场的变化.该文模拟计算原则和思路是正确的,但仍然采用二维模型是一个不足.真实三维模型中水库是有限的一定面积内的载荷;而二维计算模型,却把水库载荷作为无限长的带状载荷,夸大了水库的作用.如果考虑三维模型,该研究得到的震源处库仑应力增长2~25kPa的结论可能只能解读为0.7~8.0kPa.对于紫坪铺水库是否对汶川地震有触发作用,目前各个研究组估计的库仑应力变化恰好处在是否可以触发的边缘.取得进一步认识的关键有赖于对地下结构、状态和物性认识的突破性进展.     

考虑地基土液化影响的桩基高层建筑体系地震反应分析

本文建立了土体－结构体系地震反应分析的混合有限元法，并研究了地基土液化对地震反应的影响。本方法把土体－结构体系简化为一个完整的体系，该体系由梁（柱）单元、剪切杆单元、刚体单元、平面四边形等参单元与三角形单元、界面单元的任意组合来模拟。桩与上部结构材料视为线弹性体，土介质视为非线性材料。土的静应力－应变关系之间的非线性用邓肯一张模型来描述；土的动应力－应变关系之间的非线性和振动孔隙水压力对土的软化效     

振动能量下砂土的体变与孔隙水压力

本文建立了砂土在振动能量下的体积变化和孔隙水压力生长的新型本构关系。鉴于砂土的非线性振动反应和多因素的影响,文中采用了内缓变理论(Endochronic Theory)将本构关系表达为单一的内缓变量(软化参数)的函数。 试验证明在基于建议的本构关系计算的孔隙水压力值与相应的振动能量下,福建标准砂试样中产生的孔隙水压力很接近。同时又根据该本构关系预估了实际地震能量下饱水砂层中孔隙水压力的反应,回判地震液化势,获得了较满意的结果,具有一定的实用性。