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...     

基于多目标函数的黏弹性全波形反演

全波形反演是勘探地球物理领域兴起的核心技术之一,不但可以构建地下速度结构,也能够反演衰减参数(品质因子Q)模型,有助于识别地下介质类型和构造(如流体和煤层陷落柱),对煤和油气等自然资源的勘探和开发有重要意义。参数串扰是黏弹性全波形反演的关键难点,受速度误差影响,反演的Q模型会包含非常强的串扰噪声。针对该问题,提出了基于多目标函数的黏弹性全波形反演理论与方法,首先通过旅行时反演速度结构,再通过中心频率目标函数反演Q模型,最终使用波形差目标函数同时反演速度和Q模型。由于中心频率主要受衰减影响,因此,可有效减弱速度误差对Q反演的影响。最后,通过数值模拟验证了算法可有效地反演速度和Q模型。     

基于高阻尼纳米复合材料的直角型黏弹性阻尼器的数值模拟

为提高装配式钢结构梁柱节点的抗震性能,首先通过熔融共混法制备高阻尼性能纳米偏高岭土/氟橡胶(NanoGmetakaolin/Fluororubber,NMK/FKM)复合材料,并对该新型材料进行4种频率下的动态力学性能试验和静态力学试验,然后以 NMK/FKM 纳米复合材料为核心耗能材料,对所提出的直角型黏弹性阻尼器进行 ABAQUS有限元模拟分析.研究结果表明:当频率为1．5Hz 时,NMK/FKM 纳米复合材料宽阻尼温域和 TA 值皆达到峰值,该工况下材料的阻尼性能最佳;直角型黏弹性阻尼器表现出刚度随位移幅值的增大而增大的动力特性;当频率为0．5、1．0和1．5Hz 时,阻尼器滞回特性表现出非线性特征,当频率升至2．0Hz时,滞回特性则为线性.随着黏弹性材料层厚度的增大,滞回环面积、阻尼器刚度和最大阻尼力逐渐减小;随着高跨比的增大,阻尼器耗能性能提升.通过调整阻尼器的高跨比和阻尼材料层厚度,可以进一步提高直角型阻尼器的动态响应.     

冻融循环作用下砂岩孔隙体积变形模型的建立与分析

为研究冻融作用下砂岩内部孔隙的扩展机制,基于弹性力学和热力学理论,建立了饱水孔隙内水结冰的体积变形计算模型。结合基于核磁共振技术的冻融循环作用下饱和砂岩的孔隙度变化和T₂谱分布的试验结果,通过建立的孔隙体积变形计算模型,分析了冻融作用下砂岩的孔隙体积变形规律。结果表明：冻融作用下饱和砂岩的体积膨胀系数大于8.69%;单次冻融作用对砂岩试样的损伤较小,孔隙体积的变化范围在0.80%~1.03%之间;砂岩的孔隙收缩系数和孔隙弹性变形体积占比的变化规律一致,均为先增大后减小;砂岩试样的孔隙收缩系数在7.92%~8.04%之间,其孔隙弹性变形体积占比平均为97.79%;在冻融过程中大孔隙的弹性变形比小孔隙的弹性变形更小。     

海底对系缆运动及张力影响研究

对系缆运动及张力进行分析,并考虑海底对系缆的影响。采用细长弹性杆单元模拟系缆微段,建立系缆运动控制方程,采用有限元法对其进行离散,将海底弹性和阻尼作用力添加到离散控制方程中。利用牛顿法和Newmark-β法对离散后的系缆非线性运动方程组进行数值求解。模拟长600 m的系缆顶端受到垂向正弦激励时的运动,分别求得考虑和不考虑海底作用时系缆运动响应和动态张力。通过对比系缆的运动、速度和动态张力结果,发现海底的弹性阻尼作用对系缆的运动及张力特性有极大影响。上述研究工作为计算海底对系缆的作用力提供了新方法。     

降雨事件对上海地铁通勤客流时空影响的精细尺度研究

全球气候变化背景下,降雨事件日益增多,严重影响城市交通和居民的日常出行。本文以上海市为例,基于分时降雨数据和地铁OD客流数据,运用Prophet时序模型拟合降雨事件下的客流常态值,从站点和OD二个维度定量评估降雨造成的地铁通勤客流变化时空格局。研究结果表明：① 通勤客流总体随小时雨量增大而下降,不同类型站点客流的降雨波动性呈现差异;降雨会造成进站客流的时间滞后性和堆积性,通勤出行需求越大的站点类型堆积效应越显著;由于出发时间弹性差异,不同时点客流的降雨敏感性也不同,7:00和17:00敏感性较高,8:00—9:00和18:00—19:00则相对刚性;② 降雨会造成行程时间≤15 min的短距离客流显著上升,总体增加7.3%,中长距离客流变化不明显,总体减少1.3%;在不同功能区之间,早高峰居住型→产业型的客流波动和时间堆积性最为显著,晚高峰商服型→居住型的返程客流波动性较低;早高峰降雨敏感性线路的起始站点多分布在大型居住区,晚高峰则位于大型产业园区和商业中心;晚高峰返程客流的波动性低于早高峰。尽管降雨事件对通勤客流总量影响不明显,但会造成局部空间区域和时点的客流激增。本文的研究方法与结果有助于量化降雨对地铁通勤客流的影响程度,并为空间化的交通运行保障提供决策依据。     

非均匀地基与均匀地基解答之间的相似关系

考虑材料特性沿厚度按幂律梯度变化的非均匀地基,研究了在竖向和水平线荷载作用下,非均匀弹性地基与均匀弹性地基解答之间的转换关系。基于应变分量之间的变形协调条件,获得了非均匀弹性半空间在线荷载作用下的应力分量和应变分量的解析表达式,通过比较非均匀地基和均匀地基的解答,发现了它们之间的线性相关性,可将非均匀弹性地基在均布线荷载作用下的解答用相同条件下的均匀地基解答线性表示,得到了解答之间的相似转换系数的表达式,该系数集中反映了地基物理力学特性的非均匀程度。因此,借助于均匀地基的经典解答,可将非均匀地基问题的求解转化为对相似转换系数的计算,从而使得问题得以简化。为了方便应用,采用曲线图的形式给出了不同非均匀指数情形下的相似转换系数。     

城市地下嵌岩型和摩擦型双层衬砌竖井结构竖向地震响应对比分析

城市地下竖井结构被广泛用于城市深层立体停车场、防洪排涝调蓄竖井和地下调蓄池等工程中,为阐明“嵌岩型”和“摩擦型”竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对其竖向地震响应影响,本文以竖井结构为研究对象,将其初衬和二次衬砌简化为文克勒粘弹性地基上两根平行可竖向振动的杆,基于广义位移法基本思想,通过分布传递函数法推导了两种不同底部边界条件下竖井结构竖向地震响应解析解。通过开展有限元数值计算验证了本文解析解的准确性。最后基于解析解从地基弹簧刚度、二次衬砌刚度和竖井外径的角度开展参数分析,研究了竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对竖井初衬及二次衬砌竖向地震响应影响规律。结果表明：固定边界条件下的竖井峰值位移小于弹性边界条件下的峰值位移;两种边界条件的初衬峰值位移均随着地基弹簧刚度的增大而增大,而弹性边界条件下二次衬砌峰值位移呈减小趋势;两种边界条件下二次衬砌峰值位移均会随着二次衬砌刚度的增大略微减小,初衬峰值位移无明显变化;两种边界条件下峰值位移均会随着竖井外径的增大而减小。     

考虑弹性核作用下的冲击地压形成机理模型试验

使用CCD相机搭建实验图像数据采集系统,采用花岗岩模拟坚硬顶底板、红砂岩模拟软岩层组合成岩层结构,近似还原顶板来压过程中软岩层的变形破坏过程,研究帮部"弹性核"对冲击地压至灾的影响机制。研究结果表明:(1)上覆顶板来压时,可将软岩层划分为塑性破坏区、弹性承压区、原岩应力区,弹性承压区易形成较大的弹性核。(2)软岩层变形能在弹性承压区大幅度积累,其积累过程是波动式上升的;在峰值荷载前,变形能积累和释放的频率加快;达到峰值荷载时,弹性承压区变形能存在明显的释放过程。(3)冲击地压发生时,塑性破坏区冲击并反作用于临近岩体使其短暂收缩。(4)冲击地压是一个渐进性的过程;一方面,由于水平约束的消失,弹性承压区的受力状态由水平方向受约束的压缩状转入单轴压缩态,导致其承载能力减弱;另一方面,承载区面积快速减小,导致软岩层承压区域承担的竖向荷载突增;两者共同作用导致冲击地压出现渐进性的冲击和破坏。     

等位移理论估计高层建筑结构非弹性地震反应的进一步研究

为进一步研究用等位移理论估计高层建筑结构非弹性地震反应,选用五个钢筋混凝土高层结构实例,输入二十条不同场地条件的地震波,采用结构弹性和非弹性地震时程反应分析方法,研究了结构弹性和非弹性最大顶点位移以及最大层间位移角之间的关系。提出可以直接用弹性最大顶点位移估计非弹性最大顶点位移。对于非弹性层间位移角反应,在中、弱非线陛阶段宜可直接用弹性反应结果估计,而在强非线性阶段则需进行一定修正。