列车振动荷载作用下原状黄土动力特性试验

在动三轴试验的基础上,对列车振动荷载作用下原状黄土的动力特性进行研究。试验结果表明:原状黄土在一定的动应力作用下,应变随着振次的增大而增大,随固结应力的增大而减小。应变与动应力在一定条件下近似为双曲线模型。当动应力比较小时,应变与动应力呈近似的直线关系,但随着动应力增大超过了某一临界值时,原状黄土所产生的应变急剧增加,且增加速率随着振动次数的增加而增加。在一定的振动次数下,土样的应变随振动频率的增大而减小,且频率越小的土样越先出现转折点。原状黄土在固结应力比K_c为1时,动弹性模量随着动应变的增加而减小,且逐渐趋于稳定。动阻尼比随应变增大没有明显的增大趋势,分布比较离散,但其值均在0.10～0.30的范围以内变化。      

基于固有振动频率的危岩安全监测试验研究

危岩体在经历地震和强降雨之后其抗滑力下降,从而导致重力作用失稳,是一种常见的破坏形式。危岩块体的失稳破坏取决于岩体结构面的状况,随着结构面的张开及黏结程度下降,危岩块体会发生失稳而崩塌,基于常规位移监测方法难以达到危岩块体监测预警的目的。而固有振动频率可以有效反映岩体的物理力学参数的变化,进而可以对其安全性做出预判。基于模型试验,在保持下滑力不变的情况下,通过固有振动频率来对滑坡内部的黏结力和摩擦力等力学指标进行分析。通过实际静摩擦力是否达到最大静摩擦力的方法来科学判识岩体的稳定情况。试验结果得出：计算的摩擦力可以有效分析岩体的安全性,并证明固有振动频率在降低至6 Hz以下,岩体开始趋于破坏。同时,得出由于摩擦力破坏后期占据抗滑力的比重逐渐升高,最高达到抗滑力的80%,从而造成破坏末期摩擦力不降反升的情况。基于固有振动频率的监测,可对岩体的损伤做出定量判断,也可评估岩体静摩擦力指标,从而实现扰动后岩体的安全评价。这种基于振动模态的岩体安全监测与损伤评价新的技术思路,将在实际工程中发挥重大作用。     

深部岩体地应力瞬态卸载诱发振动效应的影响因素

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制,以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景,讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素,并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分;当波阻抗一定时,开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定,动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置;深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的,减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度,控制深埋隧洞的爆破振动强度。     

轴力作用下液化土中端承桩的水平振动特性

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层,基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法,研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法,得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法,在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式,并进行参数研究,分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明,在轴力作用下,不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小,但随频率的变化趋势相同;轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著,随着轴力的增加,桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小,若轴力继续增大,其绝对值趋近于0,桩发生失稳破坏;桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响,而液-固耦合系数的影响较小。     

成层饱和土中考虑横向惯性的单桩纵向振动

基于饱和多孔介质理论,研究了成层饱和黏弹性土层中端承桩的纵向振动特性。首先利用Novak薄层法,得到了土层对纵向振动桩的动力阻抗。其次,将桩等效为Rayleigh-Love杆,给出了成层饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的一般分析方法和桩头动力复刚度的解析表达式。具体分析了两层饱和黏弹性土中端承桩的纵向振动特性,得到了桩头动刚度因子和等效阻尼随频率的响应特征,讨论了物理和几何等参数对动刚度因子和等效阻尼的影响。结果表明：桩长径比、土层模量比以及桩土模量比等对桩头动刚度因子和等效阻尼有显著的影响。相比于均质土层中的桩,上层土越硬或下层为软弱土层,桩的动刚度因子和等效阻尼振动幅值增大,其周期随长径比显著变化,且对于大直径桩,动刚度因子和等效阻尼随频率呈振动变化。同时,土体与孔隙水相互作用系数和桩泊松比等的影响相对较小。其结果可作为桩基动力基础设计和动力检测等基础数据。     

Hyperbola-Logistic模型预测列车引起的地面振动

振动波在土介质中传播包含呈幂函数关系的几何衰减和呈指数函数关系的阻尼衰减两方面,针对振动波衰减的两种性质,提出Hyperbola-Logistic组合模型来描述振动波沿地表的传播。实例分析表明,Hyperbola-Logistic组合模型既可以用来预测地面位移、速度、加速度及振级的衰减,又可以预测高架桥段、路堤段及地下列车引起的地面振动。Hyperbola-Logistic组合模型具有较高的拟合精度,相关系数R均在0.95以上,决定系数R2均在0.90以上,它对振动衰减的拟合是可信的。通过对比,文中模型无论数值大小还是分布趋势,都能更好地预测列车引起的地面振动。     

高精度绝对重力关键技术研究

重力场是反映地球内部物质结构及其变迁的地球物理基本场,高精度绝对重力观测资料是地震监测预报、地球科学研究、资源勘探等领域研究的基础。国际上虽然很多国家开展了对绝对重力观测技术的探索,但实际上仅有美国Micro—G公司生产的FG5和A10两种类型的绝对重力仪实现了实用化,而且对我国施行出口管制,价格昂贵,维修周期长。我国虽然在20世纪七八十年代由中国计量科学研究院的专家推出了与国际测量精度水平相当的NIM—I和NIM—II两种绝对重力仪,但仅停留在实验样机阶段,未能形成产品。同时,随着近年来我国在时间基准、长度基准、高精度数字化采集与控制、宽频带高精度振动测量技术等领域的飞速发展,使得研究具有自主知识产权的高精度绝对重力仪成为可能。     

圆球减振装置对风力发电高塔的振动控制研究

本文提出了圆球减振装置对风力发电高塔振动控制的工作原理和计算方法,并对其控制效果进行了理论研究。首先利用拉格朗日方程推导得到圆球减振装置的自振频率及其对单自由度系统的被动控制力,并推广至多自由度系统。进而将风力发电高塔等效为集中质点模型,建立了风塔-减振装置体系的运动微分方程。用谐波叠加法模拟得到脉动风速时程,分析比较了风力发电高塔在无控及有控状态下的动力响应及疲劳寿命。计算结果表明,圆球减振装置是一种简单、经济和实用的减振装置,能够有效减小风塔的动力响应,延长其疲劳寿命。     

地面线城轨列车引起的地面振动预测模型研究

通过建立地面线路城轨列车引起的自由场地振动分析模型,并对模型中不同影响因素进行分析,建立地面振动预测模型。分析模型包括振源和场地两个部分,由列车运行作用于道碴上的力进行联系。影响因素包括:钢轨类型,轨道不平顺,列车速度、编组、载客量,场地土性质。利用课题组在京广铁路沿线进行的自由场地振动测试对振动分析模型进行验证,结合统计软件的相关程度来评价本文所建立的振动预测模型的适用性。     

基于悬链线构形的悬索自由振动的解析解

小垂度水平悬索的自由振动问题是一个经典的问题。在Irvine经典理论的基础上,考虑了精确的悬链线形式的索构形,推导了小垂度水平悬索自由振动的解析解,该解理论上比Irvine的解析解更为准确,它相当于把Irvine的经典结果推广到悬链线型悬索情形。本文推导的解析解可以看作是对已有的理论的补充。