热弹性波在流体—固体界面上的反射问题及其基本特征*

本文建立了热弹性流体介质中的波方程,指出了该介质中可能传播的两类波,并建立了热弹性P波的概念和基本特征。此外,本文还研究了热弹性波在液体—固体界面上的反射问题,给出了反射系数、透射系数的表达式以及反射热弹性P波、透射热弹性P波和透射SV型S波的基本特征。     

华南陆块岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

华南陆块受多阶段超大陆聚合、裂解,碰撞、陆内造山,及伸展等作用影响,造成其深部结构和构造极其复杂。岩石圈有效弹性厚度(Te)是表征地质时间尺度上岩石圈力学强度的定量指标,可为深入认识岩石圈力学结构及演化提供有效约束。本文基于导纳和相关函数联合方法对地壳布格重力异常和地形数据进行计算,获得华南陆块Te的空间分布。Te高值(>20 km)区域主要分布于扬子地块的四川盆地周边区域,而Te低值(<20 km)区域集中于华夏地块和江南造山带区域。由于Te分布特征与地热场、地震关系密切。通过分析研究区Te与地热场(地表热流、居里面深度)、地震之间的关系,本文得到如下认识:(1)Te与地热场参数具有较好的相关性,但受浅部地壳被破坏,深部仍为克拉通地壳影响,导致龙门山断裂带和江南造山带区域的Te与地表热流或居里面深度之间的部分对应关系相反。(2)Te与地震关系复杂,Te较薄区域并不代表着地震频发区域,地震活动性与其所处的深部环境相关。龙门山断裂带强震频发的原因是受周边两块体中上地壳刚性地层长期相互作用,致使应力和能量积累较强;华夏地块区域地震较少是因为深部热物质上涌对华夏地块的壳幔进行强烈...     

不同形状三维凹陷地形场地对地震动影响比较分析

采用有限元离散模型、黏弹性人工边界和中心差分积分格式相结合的方法,开展三维凹陷地形场地地震反应计算,分析了P波和SV波入射下均匀弹性半空间三维棱锥形凹陷、半球凹陷和棱柱形凹陷地形场地对场地地震动的影响特征与差异。研究表明：（1）不同形状的凹陷地形对场地地震动的影响差异显著,即棱柱凹陷地形>半球凹陷地形>棱锥凹陷地形,但不同形状凹陷地形影响之间的差异更多地表现在中频范围内;（2）凹陷地形对地震波具有复杂的散射作用,无论是垂直入射的P波还是垂直入射的SV波（仅竖向或水平向地震动输入）,在凹陷区及附近均能产生两个方向很显著的地震动,且在SV波垂直入射下的凹陷散射更为强烈,其产生的竖向地震动幅值甚至超过水平向的;（3）凹陷地形可能会产生地震动的地形边缘效应,棱柱形凹陷边缘处地震动被显著地放大,而半球凹陷地形、棱锥形凹陷地形中这一效应相对较弱。研究揭示了凹陷边缘陡峭程度对场地地震动有显著的影响,而且凹陷地形边缘效应可能存在并与凹陷边缘陡峭程度密切相关。这一研究结果对实际工程问题分析给出了重要提示：建立凹陷地形的简化分析模型时需要特别关注凹陷边缘部位的合理处理。研究结果可应用于山区工程...     

支护结构前反压土计算方法回顾及一种新的简化分析方法

支护结构前设置反压土可有效减小支护结构的内力、变形与嵌固深度,取得良好的经济、环境效益。鉴于各类有关基坑支护的规范均未涉及反压土的设计、计算问题,且业内对此问题的研究不多又观点不一,整理、分析以往反压土体的计算方法,并将其归纳为4类：（1）支护结构前附加荷载;（2）Boussinesq附加应力近似;（3）改进的弹性地基梁;（4）整体有限元协同计算。指出了各法中存在的疑点、计算的要点、适用的条件,归结了反压土作用的本质机制。基于竖向弹性地基梁理论提出了一种新的简化分析方法,该法以反压弹簧和坑底超载的方式模拟反压效应,概念清晰、计算简单,并针对某基坑支护方案,考虑不设反压土台、设置反压土台、加固反压土台等3种情况进行对比计算,验证了方法的可行性和有效性,得出了普适性的结论,以期对支护工程的设计施工提供参考。     

中国大陆及周边地区的水平应变场

推导并建立了块体的两种弹性运动方程：块体的整体旋转与均匀应变方程和块体的整体旋转与线性应变方程. 应用统计学原理,使用西域、青藏和华北块体上的GPS站速度数据,对这两种弹性运动方程与刚体运动方程模拟块体站速度的无偏性和有效性进行了统计检验. 检验结果表明,块体的整体旋转与线性应变方程是描述块体运动的最优模型. 将中国大陆划分为10个块体,应用块体的整体旋转与线性应变方程和块体上的GPS站速度估计了各个块体上的旋转与应变参数,按照1°×1°的间距计算了中国大陆及周边地区上1005个点的应变参数,分析了中国大陆及周边地区应变场的基本特征. 用本文方法得到的主压应变方向与地质学方法和测震学方法得到的主压应力轴方向具有很好的一致性(华南块体除外).     

锚杆格构梁模型试验及格构梁内力分析

在锚杆格构梁室内模型试验的基础上,对格构梁的受力特点及规律进行了探讨。试验在坡体后缘加载,通过在格构梁上布设压力盒得出了格构梁底部土体压力的分布规律及锚杆上粘贴的应变片测试了锚杆的受力情况,并采用半无限体弹性地基梁理论对锚杆格构梁的内力进行了计算。     

冲击作用下的压头破岩机制研究

与静态岩石破碎过程相比,冲击作用下岩石的应力改变具有时间效应,应力波传播过程中表现出压、拉变化。基于损伤演化原理和有限元数值模拟方法,针对冲击荷载作用下的压头破岩机制进行了模拟分析。为排除边界上反射波的影响,黏弹性边界被纳入计算中。首先论证了黏弹性边界在均质和非均质介质中的计算精度,然后分析了冲击作用下不同均质度的岩石以及砂砾岩的响应规律,结果显示：在弹性情况下,压头与岩石接触边缘以及自由面附近是拉应力分布区,接触边缘拉应力最大。剪应力最高值并不位于接触面附近,而是离接触面有一定距离。较均质岩石主要呈现拉伸破坏模式,先出现赫兹裂缝,然后是径向裂缝和侧向裂缝,拉应力的产生成为诱发裂缝萌生和扩展的主因。当岩石均质度较低时,岩石的破坏形式呈现多元化,剪切破坏比重加大,表现为复杂的拉剪破坏模式。对于砾石粒径较大、含量较多的砂砾岩,砾石和基质的非均匀性不可忽略,冲击下破坏模式以绕粒环行和穿粒破坏为主。总体说来,对于岩石类准脆性材料,应力波传播过程中产生的拉应力是失稳的诱发和扩展的关键。     

地震SV波斜入射下沉管隧道的地震响应分析

在ABAQUS黏弹性人工边界时域波动方法的基础上,首先运用等效应力输入方法实现地震SV波倾斜入射,半空间算例验证该方法具有较好的计算精度,进而基于所建立的斜入射方法研究地震波斜入射对海河沉管隧道地震响应的影响。计算结果表明:SV波斜入射情况下,沉管隧道的地震响应规律与垂直入射时具有明显差异;随入射角增加,沉管隧道结构应力增大,应力较大点出现在沉管隧道的四个角点及隔墙与底板、顶板的连接处,其中中隔墙为最薄弱点;随入射角增加,侧墙和隔墙的相对最大水平位移增大,其中中隔墙位移最大;随入射角增加,沉管隧道结构竖向加速度峰值明显增大。因此在沉管隧道结构抗震设计中应考虑地震波斜入射的影响。     

GJP-1含节理的三维弹性静力程序

GJP-1程序是针对岩土力学课题而进行的空间非线性有限元分析的第一阶段成果,可用于含节理的三维弹性静力有限元分析。 GJP-1程序采用20节点等参元划分连续介质,而用18节点等参节理单元来模拟非连续面。本程序考虑了集中荷载、重力荷载、均布或不均布的作用方向为任意的面荷载、温度荷载,以及它们的各种组合作用。本程序允许各个单元有不同的材料性质。GJP-1程序具有自动划分网格,自动调整网格,和自动校核数据的功能,并提供波前法和分块三角分解解法供用户灵活选用,以便能在中小型计算机上求解比较大型的工程问题。本文列举了几个有理论解的算例,计算结果表明,本程序的计算精度是令人满意的     

考虑饱和土的地铁车站结构非线性地震反应研究

饱和土广泛存在于自然界之中,将土体视为固－液二相介质,基于biot饱和土介质动力方程的u-p形式研究了反映饱和土无约束域能量辐射效应影响的等效黏弹性人工边界单元,基于地震波转化为作用于人工边界节点上等效荷载的方法实现了波动输入。采用算例验证了等效人工单元的精度。建立饱和土-地铁车站非线性有限元整体模型,分析了考虑双相介质饱和土的波动传播,对比了饱和土及单相土在地震作用下地铁车站的地震反应,并与振动台试验结果进行了比较,研究表明：地震作用下采用考虑多孔介质的特性分析地基土与单相固体介质相比更加合理。通过对车站结构关键构件的加速度、位移和内力等进行分析,研究了饱和土－地下结构相互作用体系的地震反应。