基于COMSOL Multiphysical计算下水库土石坝动力响应特征研究

为研究土石坝动力响应特征,引入人工合成地震波,设计峰值加速度为影响因素,获得坝体水平、竖向加速度响应特征,探讨了土石坝两方向加速度响应与输入峰值加速度关系;研究了坝体应力与位移响应特征,最大压应力为0.6MPa竖向动位移显著低于水平动位移。文章可为研究水库土石坝等水利结构动力响应特征提供一定参考。     

西藏某水电站高边坡地震永久位移分析

西藏某水电站位于喜马拉雅地震带和藏中地震带交汇处,岸坡陡峭,坝址区某高边坡对枢纽工程的安全影响最大。为尽快消除该边坡的安全隐患,本文基于Slide软件选用了3条不同类型的地震波,采用Newmark滑块分析方法计算了该边坡在不同地震峰值加速度作用下的动力反应和永久位移,并采用拟静力法对该边坡在设计地震动作用下的稳定性进行了验算。计算结果表明,在设计地震动作用下该边坡是稳定的,随着地震波幅值的增加该边坡产生的总滑移量也在不断的增加;对于不同类型的地震波,虽然输入的地震峰值加速度相同,但地震动参数的差异会影响边坡产生的永久位移。研究结果可为工程单位进行类似边坡工程稳定性分析提供参考依据。     

不同地震作用下弧形排布抗滑桩及边坡稳定性分析

以九寨沟某特大桥高边坡为研究对象,研究不同地震作用下弧形排布抗滑桩和边坡的动力特性和稳定性。结果表明,抗滑桩连系梁中部桩顶水平位移大于两端;坡腰处的地震加速度的增长速率趋势减弱,但整体数值基本随边坡高度的增加而增大;弧形排布抗滑桩第一主应力均出现在连系梁两侧,而抗滑桩本身第一主应力较小;弧形抗滑桩能适用于0. 1g、0. 2g汶川波和0. 2g阪神波,而在其他工况弧形排布抗滑桩连系梁混凝土本身出现开裂;边坡土体主应变较大值主要出现在各台阶底部,且在弧形排布抗滑桩前部土体有最大主应变;唐山波在时程上加速度幅值起伏波动远大于汶川波和阪神波,边坡水平波动响应也大;唐山波下抗滑桩桩顶的整体水平位移远大于阪神波和汶川波。     

考虑不同方向地震作用时土石坝动力反应分析

对Abaqus软件进行二次开发,引入等效线性模型,对某心墙堆石坝进行了三维有限元地震反应分析,研究了大坝在Ⅶ度地震下的加速度、动剪应力、相对动位移等反应规律。同时,分别对该坝考虑三向地震波输入及仅两个水平向地震波输人情况下的地震动力反应进行了计算比较,研究竖向地震加速度在Ⅶ度地震下对大坝的影响。结果表明：Ⅶ度地震情况下竖向地震波对土石坝顺河向和坝轴向的动力反应几乎没有影响,但是对竖向的影响不可忽略。     

地震荷载作用下路堤式加筋土挡墙结构力学特性数值分析

基于有限元数值模拟, 分析了路堤式加筋土挡墙在自重荷载作用下的水平位移、竖向沉降以及基底垂直应力的分布规律, 研究了地震荷载作用时, 不同激励加速度条件下路堤式加筋土挡墙加速度的放大效应以及对其水平位移的影响。计算结果表明:在结构自重荷载作用下, 挡墙基底垂直应力呈曲线分布;路堤中心竖直沉降最大, 路堤水平位移沿高度呈现凸肚状;地震荷载激励加速度峰值越大, 加速度放大效应越明显, 水平位移随激励加速度增大, 其变化幅值增大;不同路堤, 存在最优R_inter值。     

地震作用下碎石土滑坡抗滑桩的变形破坏机理

为了揭示碎石土滑坡在地震荷载作用下的变形破坏模式和作用规律,采用相似材料模型试验方法,进行了以南温碎石土滑坡为原型的物理模型试验。分析了在地震荷载作用下抗滑桩不同的锚固深度下,桩位移和边坡变形情况。利用弹塑性动力固结大变形有限元模型,采用非线性分析方法,进行了一系列对比分析研究。进一步验证了碎石土滑坡的变形破坏机理。分析了不同的锚固深度下,桩顶的动位移和变形响应。通过室内物理模型试验和数值模拟分析,提出南温滑坡抗滑桩的锚固深度设置,宜为桩长的0.29～0.31倍。其设计方法和研究思路,可为相关研究提供参考和借鉴。     

利用有限元分析软件进行烟囱地震反应分析

为研究烟囱在地震作用下的动力特性和地震反应,应用有限元分析软件,对天津某钢厂150 m钢筋混凝土烟囱进行模拟分析。分析结果表明,在罕遇地震作用下,烟囱顶部位移的时程反应比多遇地震增加显著,其烟囱顶部加速度有明显动力放大效应;结构的变形到达峰值的时刻随着阻尼比的增大,烟囱顶点位移达到峰值的时间有提前的趋势;在双向地震波同时输入时,Y方向的位移分量、速度分量和加速度分量增加显著,而X方向基本没有变化。烟囱阻尼比和二维地震波参数变化对烟囱地震反应的影响较为明显。     

考虑桩土相互作用的高桩码头非线性地震反应分析

采用有限元软件ABAQUS对高桩码头的地震反应进行了分析,考虑了桩-土动力相互作用、土体和桩板混凝土的动力非线性特征,分析了码头结构在不同地震作用影响下的相对位移、加速度、剪力和弯矩,确定了结构塑性铰出现的时刻和顺序,从而判明结构的屈服机制、薄弱环节以及可能的破坏类型,并在此基础上提出了设计建议.计算表明,桩的地震加速度响应随着高度的增加先增大后减小,桩身各点相对桩底的位移反应峰值从桩底到桩顶逐渐增大,桩身弯矩从桩底到岸坡面先增大后减小,在岸坡面以上,弯矩先减小后增大,最后在桩顶达到峰值,桩顶部的剪力最大.     

地震作用下土质斜坡稳定性的数值模拟

为分析研究地震作用下斜坡的稳定性,采用Phase2有限元软件,建立考虑最不利荷载对斜坡稳定性影响的数值模型,分析地震水平峰值加速度0.1 g条件下不同监测位置模拟的位移和地震加载时间关系曲线以及斜坡位移场、应力场和剪应变增量的变化情况。研究表明受水平地震加速度的影响,坡面法向应力减小,下滑力增加,沿着滑动面向下移动;斜坡中部位移极值达到0.36 mm,地震加载时间4 s时处于失稳状态。随着地震加载时间的增加,斜坡发生累计破坏效应,强震作用下斜坡最易于发生瞬时溃滑。     

加筋土挡墙-抗滑桩组合支挡结构数值模拟

针对软弱土层上方高填方路堤的填筑问题,提出了一种加筋土挡墙-抗滑桩组合支挡结构。采用有限差分软件FLAC3D建立加筋土挡墙-抗滑桩组合支挡结构数值分析模型,着重分析了不同面板浇筑方式对加筋土挡墙墙面水平位移、墙背土压力、桩身水平位移、桩身弯矩和土工格栅应力分布的影响。模拟结果表明:后浇式刚性面板组合支挡结构的墙面水平位移呈线性分布,最大位移出现在墙顶;所受土压力远小于刚性面板;桩身水平位移和弯矩均较大。刚性面板组合支挡结构的土工格栅最大拉应力出现在面板与格栅连接处,而后浇式刚性面板组合支挡结构土工格栅最大拉应力随着层高的增加,出现位置距离挡墙越远。后浇式刚性面板组合支挡结构由于其面板位移和受力较小,性能良好,故其适合在软弱土高填方地区推广使用。     

可液化地基上边坡加固桩地震动力破坏特点研究

采用研制的微混凝土抗滑模型桩,利用动力离心模型试验研究了高水位抗滑桩加固边坡的动力反应、动孔压变化、地基液化以及液化后大变形滑坡和动力断桩破坏规律。试验结果表明:由于动孔压上升较大,有效应力降低较多,导致动弯矩增幅较大,且动力附加弯矩值大于震前静力弯矩,表明地基液化与土体滑动导致的动力附加弯矩是抗滑桩产生断桩的主要原因。抗滑桩桩体完全断桩后,桩底静动总弯矩接近于零,嵌固约束完全失效,转化为活动铰约束。同时,饱和地基部分液化使得边坡上部土体的动力响应略有减小,加速度响应是随着高程先减小,然后略有增大。     

设抗震增强体的桩基础力学特性的原位试验研究

在过去的大地震中,许多桩基础因强烈振动和地基变形而遭受结构性破坏,因而提出一种既可以应用于新建桩基础,也可以应用于现有桩基础的抗震加固方法,即采用地基加固技术在桩基础中设置抗震增强体,以与桩基础的钢筋混凝土承台形成双层抗弯结构。采用等比例模型原位水平载荷试验和振动试验以及开挖检查等方法,对抗震加固的力学特性和构建质量进行加固前后的对比研究,进而证实了该加固方法的有效性和可行性,为同类工程起到了一定的参考意义。     

桩基码头岸坡稳定和桩基性状的简化计算

提出的桩 -岸坡稳定简化计算方法 ,考虑了桩的允许抗弯弯矩和桩在岸坡和滑动面下的嵌固深度 .算例表明 ,简化计算法的结果比港工规范中推荐的方法合理 .在此基础上 ,建议采用计算水平承载桩的方法来计算桩基性状 ,考虑了桩的允许抗弯弯矩、滑动面下的嵌固深度、岸坡稳定安全系数和桩头联结条件等多种情况 ,可得出桩基的挠度、转角、弯矩和剪力 .     

抗滑桩的极限阻力及其整体设计

从被动桩和土拱效应的概念出发，推导出计算任意桩型抗滑桩极限阻力的半经验半理论公式。运用由点到面、由面到空间的方式，将3道安全系数穿插于建模过程中，给出一种新的抗滑桩工程整体设计方法。将公式和方法应用于长江三峡库区的丰都县楠竹大型滑坡的抗滑桩工程设计，获得了良好的结果。     

基于上限分析的渣土边坡抗滑桩桩位优化研究

针对加固城市渣土堆填边坡的抗滑桩桩位优化问题,基于强度折减技术和极限分析上限法,采用遗传算法结合非线性规划SQP算法,提出了渣土边坡抗滑桩桩位优化方法。深圳市某渣土堆填边坡抗滑桩桩位优化分析结果表明:给定安全系数下,抗滑桩桩位对抗滑桩需提供的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面都有显著影响;暴雨工况下的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面范围均大于自然工况下的。考虑局部失稳问题,综合确定天然工况和暴雨工况下加固案例边坡抗滑桩最优桩位分别位于为桩位系数ε=0.3和ε=0.6附近。研究结果可为渣土边坡抗滑桩桩位优化设计提供技术指导和理论支撑。     

基于位移的高桩码头地震易损性分析

鉴于目前高桩码头的地震易损性分析很少将码头的总位移作为性能指标,分别根据云图法和条带法建立了基于位移的码头地震易损性分析方法。该方法考虑地震动的不确定性,并基于桩身材料应变限值定义了码头的破坏状态。为了说明这种分析方法,采用80条地震动记录对一高桩码头案例分别进行了云图法和条带法分析,比较了两种方法建立的易损性曲线的差别,分析了位移能力不确定性对易损性曲线的影响。结果表明,由云图法和条带法建立的码头易损性曲线之间的差别较小,可以忽略,但考虑到云图法的计算量较小,建议在码头易损性分析中采用云图法;位移能力不确定性对于易损性曲线的影响较大,分析中不可忽略,应予以考虑。     

基于NGA衰减关系的坝址设定地震研究

开发了地震危险性概率分析程序RISKNEW,在输入数据相同的情况下,采用本文编制的程序与中国地震局地球物理研究所的标准程序计算得到的不同概率水准下的加速度值具有较好的一致性。提出结合潜源区内主干断裂和历史地震,依据地震危险性概率分析结果,即以场地相应设防概率水平的地震动峰值加速度为前提确定设定地震的方法。根据设定地震确定场地相关设计反应谱时,建议直接使用针对美国西部基岩强震记录统计得到的加速度反应谱衰减关系。将充分考虑大震近场特性且针对美国西部浅源地震建立的NGA衰减关系引入到我国水利水电工程设定地震研究。     

大坝强震动响应参数放大效应研究

强震监测是大坝监测的重要内容,受地形地貌、场地条件和建筑物结构的影响,大坝在强震动条件下会呈现不同的响应特征。选用Seismosignal软件对监测记录数据进行预处理(数据波形错点剔除、基线校正、滤波去噪)和常规处理(数字积分和频谱计算),将处理得到的参数(加速度峰值、振幅谱峰值)与大坝高程进行相关性分析。研究结果表明:①随着高程的增加,加速度峰值和傅里叶谱峰值放大系数逐渐增加,具有明显的高程放大效应,坝顶放大效应明显,同时说明强震动引起的高程反应效应随高程的增加而逐渐增加;②3个方向上,加速度傅里叶谱幅值主频率主要集中在1.5～6.5 Hz频带范围内,而对其他频带起到滤波作用。研究成果可为大坝安全评价提供参考资料。     

山地建筑结构桩基受力特性研究

我国地形以山地为主 ,占全国陆地面积2/3以上 ,为尽可能利用有限的土地资源 ,较多的建筑往往依山就势 ,使得我国山地建筑越来越多.我国现行抗震设计规范主要是针对水平场地提供建筑结构设计依据 ,对非水平场地上的建筑结构没有明确规定 ,相应的说明也比较模糊.基于山地建筑结构桩基的受力特点 ,通过ANSYS有限元分析方法将桩和土体视为一个整体 ,同时还考虑了桩-土间的相互作用问题 ,对桩静动力作用下 ,桩侧土体的推力、抗力以及桩内力分布进行对比研究 ,同时分析了桩顶质量大小对桩顶水平位移的影响.分析结果表明 ,山地建筑结构桩基受力较为复杂 ,同水平场地条件下桩基的受力差别较大.在动力作用下 ,水平场地条件下的桩基剪力和弯矩呈抛物线分布,但山地建筑结构桩基剪力和弯矩在中部位置存在反弯点.在山地建筑结构桩基设计中 ,应适当提高桩基的抗剪和抗弯能力.