高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

强震作用下大跨度拱形立体桁架结构动力失效机理研究

大跨度拱形立体桁架结构在强震下发生的失效模式有动力失稳破坏和动力强度破坏,依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究结构在强震作用下进入塑性杆件数目及比例,以及结构最大位移变化规律.研究表明,如果超过某一荷载时,结构进入塑性的杆件比例显著增长,则该荷载即被认为是拱形立体桁架结构的动力强度破坏临界荷载.以某拱形立体桁架为背景,选取三向El-Centro波和三向天津波作为地震输入进行弹塑性时程分析,进一步验证本文的结论,通过分析可以得出该拱形桁架在强震作用下发生动力失稳破坏.     

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震作用下的性能分析

选用15条地震记录,采用有限元软件ABAQUS,对钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震作用下破坏直至失效的过程进行研究。分析结构在强震作用下的变形、破坏顺序和破坏机理,并采用增量动力分析方法对钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震下的性能进行评价。     

考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

高烈度地震区的岩质边坡内部节理裂隙较为发育,且分布随机性大。多期强震作用造成岩体结构进一步的破坏,形成震裂岩体边坡并继续发生变形破坏。因此,研究台阶式岩质边坡在多次强震作用下的震裂累积效应对于分析边坡的地震稳定性具有重要意义。通过大型振动台模型试验分析台阶式岩质边坡的动力位移响应状态,重点研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应。通过基线偏移量表征边坡的残余变形,坡表发生的最终破坏是残余变形与激振动力变形共同作用的结果。提出用残余变形率分析台阶式岩质边坡的震裂累积效应,并利用阿里亚斯强度放大率验证残余变形率在分析强震造成岩质边坡出现震裂累积效应的适用性。结果表明：残余变形率充分考虑了持续的残余变形和地震动力的共同影响,能够更清楚地辨识边坡不同的地震动力破坏阶段、分析边坡的震裂累积效应。台阶式岩质边坡在地震动力作用下的变形破坏从局部开始,特别是台阶平台的内部折线处以及坡顶,均是最易萌生初始裂缝的部位。基于残余变形率和阿里亚斯强度能量的分析,边坡的震裂累积过程包含缓慢变形、加速变形和失稳破坏3个阶段。2种分析方法可以交互使用,实现更精准的边坡动态变形预测,为边坡的抗震设防方案提供可靠的依据。     

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明：坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性，且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显，而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势；坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势，且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征；坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘（次级节理和层面）起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚，且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重，并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。     

波浪力作用下岸坡破坏特征分析

为了预防水流波浪对岸坡造成破坏,加强岸坡的保护治理,开展了关于波浪力作用下岸坡稳定性的研究。通过计算确定坡面破波压力以及波压力分布,运用MIDAS GTS NX有限元分析软件建立模型,将计算所得的波压力加载到斜坡面,采用有限元法对模型计算分析,探究岸坡在波浪力作用时内部位移场、应力场的变化。     

三峡库区香溪河吴家沟滑坡成因机制分析

三峡库区吴家沟滑坡原先是处于稳定状态的松散堆积岸坡，在工程活动、暴雨、库水降落等综合作用下失稳破坏。以勘察、现场监测等手段查明岸坡地质结构特征，运用极限平衡分析法评价地形、暴雨、库水对岸坡稳定性的影响，探讨了滑坡的形成机制。结果表明，吴家沟滑坡主滑面为粉砂质粘土岩弃渣与基岩层的接触带，受库水长期浸泡软化，力学强度降低，为香溪河河岸人工堆积岸坡易滑地层；岸坡上进行的坡顶堆载、坡脚卸载等工程活动，使岸坡局部形成“上陡下缓”地形，为滑坡的形成和发展提供了临空地形条件；库水位降落到对岸坡最不利水位，与同时发生的暴雨共同诱发滑坡。研究成果可为后续库区工程建设提供借鉴。     

强震作用下K6型空腹球面网壳的动力失效分析

为了揭示强震下空腹球面网壳结构的动力失效机理,对一个跨度为100m的K6型空腹球面网壳结构进行了不同地震加速度下的全过程动力时程分析.依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究该结构在强震作用下结构最大位移、进入塑性杆件比例、最大单元相对应变等特征响应指标的变化规律.分析结果表明:K6型空腹球面网壳在破坏之前已经历了较大的塑性发展过程,结构在塑性发展和位形变化的交互作用下产生破坏,其最终破坏形式趋于动力强度破坏.     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析EI北大核心CSCD

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。     

持续强震作用下RC框架结构振动台试验研究

持续强震作用对结构破坏作用较强,是造成2008年汶川地震中大量房屋结构破坏的主要原因之一。为研究房屋结构在持续强震作用下的结构反应特征,设计和制作了12层RC框架结构模型,并对其开展了三次模拟地震振动台试验,研究结果表明：结构在相同地震波持续强震作用下,对这种激励波的反应强度逐渐降低,并趋于稳定;当采用其他地震波对模型结构进行激励时,结构对不同地震波的反应明显增大,结构地震反应剧烈并增长迅速。根据试验研究结果,提出结构抗震稳健性的概念,对结构抗震稳健性的机理进行了探讨,并提出了结构抗震稳健性概念性计算方法,建议加强结构的抗震稳健性研究,以提高房屋结构在持续强震作用下的安全性。     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。     

黄土–风化岩接触面斜坡滑移面衍生机制及变形特征

以甘肃天水海头村黄土–风化岩接触面型斜坡为研究对象,基于振动台模型试验研究不同地震动强度条件下斜坡坡面变形破坏特征。分析裂隙产生、坡面剥落、坡体崩塌滑动3个阶段竖向裂隙的发展过程。结合土体应变测试结果,揭示该类斜坡失稳机制及滑移面衍生规律。研究结果表明:相同烈度地震动强度荷载作用下,垂直向加载对模型产生的影响小于水平向加载。地震荷载作用下,土体垂直向易产生纵向裂隙,水平向易产生横向裂隙。竖向裂隙是坡表土体破碎的主要原因,横向裂隙发展是导致斜坡失稳的主要内驱。顶部土体在地震荷载作用下发生张拉和剪切的复合破坏,导致坡表横向裂隙向下延伸至黄土–风化岩接触面并形成该类斜坡失稳破坏的滑移面。     

围岩级别对强震作用下隧道地震响应的影响

汶川地震表明,山岭地区公路隧道衬砌结构可能在强震作用下发生严重的损害,而围岩条件是震害现象的重要影响因素之一.针对典型公路隧道在六种围岩条件下的地震响应进行了有限元时程分析.结果表明,围岩条件较好时,岩体强度高,在强震作用下破坏较小,因此在相同的地震波作下,隧道位置处加速度响应较大,而地震附加应力越小;围岩条件较差时,...     

基于IDA的高面板堆石坝抗震性能评价

抗震性能分析能够有效估计结构在地震作用下的危险性,逐渐成为抗震安全性评价的重要方法,但由于结构的复杂性,该方法在面板堆石坝方面的应用还处于起步阶段。随着强震区大量高面板堆石坝的建设,这些高坝的安全性是必须要考虑的重大问题,因此对大坝进行抗震性能分析至关重要。增量动力分析(IDA)法作为一种抗震性能分析方法,能够全面、深入地分析在不同强度地震作用下结构性能的变化。将IDA法引入到高面板堆石坝安全评价领域,建立了高面板堆石坝地震破坏性能评价方法。根据场地条件选取了15条不同的强震动记录,以地震峰值加速度PGA为地震动参数,采用坝体地震震后变形、坝坡稳定性、面板防渗体安全为抗震性能评价指标,选取合适的性能参数,建议了高面板堆石坝各评价指标的破坏等级划分标准,通过大量非线性有限元计算,得到各性能参数的地震易损性曲线,分析了大坝在不同强度地震作用下发生破坏的概率,成果可为高面板堆石坝抗震性能设计和安全风险评估提供参考和依据。     

考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。     

强震作用下大跨度连续梁桥的倒塌破坏研究

近年来,大量的连续梁桥在强烈地震中出现了构件破坏甚至发生了整体倒塌的现象,因此需要对大跨度连续梁桥的倒塌破坏机理进行研究。结合一座大跨度连续钢箱梁桥,本文首先通过LS-DYNA建立了其动力显式有限元模型,然后通过倒塌仿真分析得到该连续梁桥在强震作用下的破坏模式,重点对比分析了不同地震波及其输入作用下的破坏特征。结果表明,在强震作用下,该连续梁桥的桥墩最先发生破坏,且边主跨间的桥墩尤应引起关注;考虑竖向地震后,桥梁的破坏模式发生了改变。     

基于贝叶斯理论的钢-混凝土混合结构试验模型地震损伤分析

采用纤维单元模型对1个3层钢-混凝土混合结构试验模型进行动力弹塑性时程分析,在多条不同地震波作用下,通过数值模拟得到结构的地震需求概率函数,并以此作为结构地震需求的先验概率。基于贝叶斯理论并结合振动台试验数据,更新需求信息,得到模型结构地震需求的后验概率,预测其在不同强度地震作用下的破坏概率。研究结果表明,较小强度地震作用下的数值模拟结果与试验结果吻合较好,强震作用下需基于贝叶斯理论并结合试验数据进行修正,修正后的易损性曲线能够对结构的损伤状态进行更准确的评估。     

建筑岸坡地基稳定分析

河、湖、河的岩坡上的建筑物,其皮地基稳定性考虑土坡自重、建筑荷重和地震作用造成岸坡失稳滑动,而岸坡土体依靠摩阻力、建筑桩基和设计斜骨力。本文研究分析了岸坡稳定的机理,提出了计算方法,并举工程实例分析海岸建筑物的边坡稳定性。     

六冲河特大桥岸坡稳定性评价参数反演分析

以赤水至望谟高速公路六冲河特大桥岸坡为研究对象,基于岸坡工程地质条件建立计算分析模型,运用有限元强度折减法,对工程所在区域织金岸C3错落体的错落面和滑动面综合力学强度参数进行了反演分析。利用已确定的节理强度和岩石抗剪断强度参数,结合不同的结构面贯通率的合理假设,考虑自然工况、暴雨工况和地震+暴雨工况的条件,经过大量的试算,得出了符合现场地质情况的错落面与滑动面综合强度参数,为进一步的岸坡稳定分析强度参数的取值提供了依据。     

层状岩体斜坡强震动力响应的振动台试验

 通过大型振动台试验,研究反倾和顺层两类结构岩体边坡在强震条件下的地震动力响应。结果表明：强震条件下,斜坡对水平地震动力的响应要远超过垂直地震动力,前者所导致的加速度响应峰值(PGA)放大系数是后者的2～3倍。在水平地震动力作用下,斜坡的地震动响应具有显著的高程效应和结构效应。对于硬岩顺层斜坡在1/2倍坡高以上坡面和坡内均出现显著的PGA放大效应;而硬岩反倾斜坡的放大效应则主要表现在坡体内部1/2倍坡高以上和坡体表部2/3倍坡高以上,且放大幅度要高于顺层斜坡。软岩斜坡在水平地震力作用下的动力响应总体上较硬岩斜坡弱,顺层斜坡表现为1/2倍坡高后,PGA放大系数的持续增大,而反倾斜坡主要表现为坡表中下部(1/4倍坡高处)和3/4倍坡高以上PGA的突然增大。模型在强震条件下的破裂观测结果表明：硬岩顺层斜坡(HD)在变形破坏通常表现为顺层滑移–下部隆起溃屈型失稳;硬岩反倾斜坡(HAD)为后缘垂直拉裂–中下部平缓剪出型失稳(L型滑面);软岩顺层斜坡(SD)为顺层滑移–底部挤出–分层滑移型失稳;软岩反倾斜坡(SAD)为斜坡顶部拉裂–下部剪出型失稳。试验结果与现场观察现象能较好吻合,从而深入揭示强震条件下层状结构斜坡的地震动力响应和失稳破坏机制。