Evaluating a process‐based model for use in streambank stabilization: insights on the Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM)

Streambank retreat is a complex cyclical process involving subaerial processes, fluvial erosion, seepage erosion, and geotechnical failures and is driven by several soil properties that themselves are temporally and spatially variable. Therefore, it can be extremely challenging to predict and model the erosion and consequent retreat of streambanks. However, modeling streambank retreat has many important applications, including the design and assessment of mitigation strategies for stream revitalization and stabilization. In order to highlight the current complexities of modeling streambank retreat and to suggest future research areas, this paper reviewed one of the most comprehensive streambank retreat models available, the Bank Stability and Toe Erosion Model (BSTEM), which has recently been integrated with several popular hydrodynamic and sediment transport models including the Hydrologic Engineering Center's River Analysis System (HEC‐RAS). The objectives of this paper were to: (i) comprehensively review studies that have utilized BSTEM and report their findings, (ii) address the limitations of the model so that it can be applied appropriately in its current form, and (iii) suggest directions of research that will help make the model a more useful tool in future applications. The paper includes an extensive overview of peer reviewed studies to guide future users of BSTEM. The review demonstrated that the model needs further testing and evaluation outside of the central United States. Also, further development is needed in terms of accounting for spatial and temporal variability in geotechnical and fluvial erodibility parameters, incorporating subaerial processes, and accounting for the influence of riparian vegetation on streambank pore‐water pressure dynamics, applied shear stress, and erodibility parameters. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

天津地区土动力学参数变异性对地表地震动参数的影响

收集天津地区十多年来的83份地震安全性评价报告,统计202个钻孔的1 650组动三轴数据,分别给出不同种类土在不同区间深度下的统计代表值及其标准差。以某典型Ⅲ类场地为例,用等效线性化方法进行多种地震动强度及相位输入下的水平成层场地地震反应分析计算,详细研究该地区覆盖土层动剪模量比和阻尼比变异性对地表峰值加速度及其反应谱的影响。结果表明:场地地表峰值加速度和反应谱随土动剪切模量比增大或减小而增大或减小,随土动阻尼比增大或减小而减小或增大;在大震输入条件下,地表峰值加速度和地表反应谱的中、高频段随土动剪切模量比减小而减小的变化尤为明显,动阻尼比变化也有一定影响,但不如土动剪切模量比减小变化时影响明显;在中震、小震地震动输入条件下,场地土的动剪模量比和阻尼比变异性对地表峰值加速度和反应谱影响并不显著。     

不同柱梁抗弯承载力比对框架结构抗倒塌性能的影响

设计不同柱梁抗弯承载力比(ηc-bua)的5个纤维增强混凝土(FRC)框架结构及3个钢筋混凝土(RC)框架结构,利用性能评估软件Perform-3D进行Pushover及IDA计算分析,得出其破坏机制及易损性曲线。结果表明,柱、梁端部局部采用FRC后,承载力有一定提高,峰值位移有较大提高;ηc-bua对FRC框架结构的破坏机制影响很大;ηc-bua对FRC框架结构地震反应也有一定的影响,其比值越大,超越概率越小,且随期望破坏程度的加重,这种影响也趋于明显,当ηc-bua在1.2以上时,结构的倒塌概率均小于10%,满足大震不倒的概率要求。     

新疆皮山地区地震动衰减关系研究

利用2015年7月3日皮山M_S6.5地震序列的波形资料,采用微遗传算法反演得到震源区的5个介质参数,即应力降Δσ为75.95bars,品质因子Q_0为186.33,η值为0.26,几何衰减分段点R_1为72.18km,R_2为139.70km;并由此计算得到的傅氏谱再配合随机相位谱,进而得到地震动时程,建立了震源区地震动衰减关系。由于缺乏强震记录,本文还收集了2008年10月5日乌恰M_S6.9地震、2008年10月6日阿克陶M_S6.2地震、2012年3月9日洛浦M_S6.0地震的强震数据,将计算结果与经验性衰减关系以及3次强震记录进行比较后发现,皮山地震、洛浦地震的强震数据普遍高于经验性衰减关系,乌恰地震的强震数据与俞言祥等文中的衰减关系吻合较好,在远场低于本文的计算结果。     

黄土液化微细观特性试验研究

黄土液化演化过程的微观机理分析是液化防御的科学问题之一。通过微细观及动力学试验探索黄土液化的本质和影响因素。首先用CT细观扫描实验探索黄土渗透液化的细观变化,研究表明土体液面上升的根本原因是弱碱性盐类胶结物的吸水作用导致土样含水面整体上升;试样达到高饱和度,大孔隙周围颗粒间胶结物质破坏后有效应力为零,土层液化。粉土的孔隙尺寸和特殊的胶结物质导致高饱和度。土样微观结构的差异也会影响土的液面上升和破坏强度。针对低黏性粉土、粉质砂土及粉质黏土的三类黄土液化实验分析表明,低黏性粉土动荷加载时间更短,更易于液化,即低粘性粉土液化最为严重,粉质砂土为中等液化,粉质黏土相比其他黄土类别不易液化。电镜扫描土样微观结构参数分析表明,土颗粒周围胶结物质的化学元素比值(Ca/Fe),以及土颗粒粒径分布和孔隙尺寸(孔隙与颗粒比)均影响液化等级,可初步判断液化的强弱。     

圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能研究

以圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能试验为基础,基于ABAQUS有限元计算平台,通过建立分段模型(Multi-section Model简称MSM模型)进行数值模拟,探究圆钢管约束高强灌浆料在局部承压作用下的力学性能,并将软件计算得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比分析。结果表明,分段模型适用于圆钢管约束高强灌浆料局部承压作用下的数值模拟,且计算结果与试验结果吻合较好;增大试件高径比、钢管壁厚和高强灌浆料强度均可提高其极限承载力。     

新型扇形盘式消能器减震性能参数分析

提出了一种新型扇形盘式效能器(fanshaped disc-type energy dissipator,FDED),阐明了其原理、特点,导出其设计要点和设计理论,采用数值方法分析了FDED的减震性能,研究不同设计参数对FDED减震性能的影响。结果表明:FDED设计原理可行,减震机理明确,其转盘式的构造可起到有效的位移放大效果,使得消能器在小激励位移下发挥耗能作用;FDED具有明显的双线性恢复力特性和稳定的耗能性能,等效黏滞阻尼系数可达50%以上;阻尼件中橡胶硬度的改变对FDED初始刚度的影响不敏感,但对FDED屈服后刚度和等效黏滞阻尼系数的影响较为明显。随着橡胶硬度的增大,FDEDE的屈服后刚度上升,等效黏滞阻尼系数降低;保持阻尼层中橡胶层的总厚度不变,通过增减叠层钢板改变单层橡胶层的厚度对于调整FDED的减震性能影响不大;调整铅芯直径的大小主要影响FDED的屈服力和耗能性能。随着铅芯直径的增大,FDED的屈服力也增大,耗能能力逐渐提高。     

基于新《电力设施抗震设计规范》的地震动随机模型参数研究

根据新《电力设施抗震设计规范》(GB50260-2013)对随机地震动功率谱参数的取值进行分析。介绍新《电力设施抗震设计规范》中设计反应谱,推导设计谱到功率谱的转换过程。选取常用的Clough-Penzien修正过滤白噪声模型作为拟合函数,通过功率谱参数拟合,得到不同场地类别、不同抗震设防烈度下的地震动模型参数。该研究成果可为电力工程抗震设计分析提供参考。     

设计反应谱标定方法的研究现状与讨论

设计反应谱及其标定方法的研究是工程抗震研究领域的基本问题之一。在现有研究成果的基础上,归纳和总结了设计反应谱及其标定方法的研究历史和现状;评述了研究进程中的若干节点问题;介绍了设计反应谱的标定原理和当前几种有代表性的设计反应谱的标定方法;分析了设计反应谱标定参数的影响因素。在此基础上,对设计反应谱及其标定方法研究中的强震资料积累问题、谱形状问题、标定参数的确定问题以及标定方法等问题进行了讨论并提出了改进和进一步研究的建议。     

微分求积法在结构动力分析中的应用

微分求积法（DQM）是1种求解微分方程初（边）值问题的数值方法,通常以较小的计算工作量即可获得较高的数值精度。这种方法应用于工程领域时多用来解决梁、板等结构的静力分析或结构特征值分析等问题,即对边值问题的微分方程的求解。结构动力分析属于初值问题,荷载和结构反应都具有特殊性,直接套用DQM求解边值问题并不能获得问题的解。本文尝试利用微分求积原理建立求解结构动力反应的具体方法。借鉴单元法的思想,将荷载持时划分为若干个时步,在每个时步内对动态荷载和结构反应进行离散,然后用DQM对时步逐个进行求解,得到体系在整个时域内的反应过程。通过对3种不同自振周期的线弹性单自由度体系在不同频率简谐激励下反应的计算,阐释了本文方法的可行性以及高精度、高效率的特点,通过数值试验确定了时步内相对较优的节点数,并为时步长度的选取提供了建议。