考虑P波斜入射下海底沉管隧道三维地震响应分析

沉管隧道是连接海域和陆域的交通枢纽,对我国经济和社会发展的推动作用巨大,其地震安全性至关重要.根据三维黏弹性边界基本理论,基于黏弹性边界的等效荷载理论和输入方法,探讨了地震波斜入射时等效荷载的实现方法,并通过算例验证了地震波斜入射时等效荷载输入方法的合理性.在此基础上以大连湾海底沉管隧道为工程背景,建立三维土层及沉管隧...     

地震斜入射下大跨地铁车站动响应分析

为分析地震动斜入射下大跨拱顶地铁车站结构的抗震性能,以沈阳地铁2号线新乐遗址站为研究对象,基于粘-弹性人工边界,同时考虑土-结动力相互作用,采用ANSYS软件对其在SV波作用下的动力响应进行了分析,结果表明:与垂直入射相比,地震动斜入射时的车站结构水平位移峰值将随入射角度增大呈增大趋势,且变化幅度递增;在结构不同位置,弯矩峰值或增大或减小。同时,地震动频谱特性对结构的动力响应影响显著。     

SH波斜入射盆地地表的时域非线性地震反应分析

本文利用二维时域非线性场地地震反应分析程序,针对3个不同的盆地,利用具有不同峰值、不同频谱特性的实际地震记录以不同角度入射作为输入基岩的SH波,共组成513个工况,研究了盆地地表加速度峰值和反应谱随地震波入射角变化的特征和规律,发现地震波入射角对二者均有重要影响。地表加速度峰值放大系数的最大值并非出现在地震波垂直入射(0°)时,而是大致在15°~35°之间,按垂直入射得出的计算结果在某些部位可能偏于不安全;入射角对加速度反应谱的短周期分量(<1s)影响较大,而对其中的长周期分量(>1s)影响较小;在强震作用下盆地土体将发生较强的非线性响应,导致地表加速度放大系数减小;随着梯形盆地坡角的增大,最不利位置有从盆地边缘向盆地中部转移的趋势,同时本文给出了盆地的最不利位置,对工程实践具有一定的参考价值。     

不同预紧力下预制综合管廊地震响应研究

为研究装配应力大小对综合管廊防水、受力、抗震性能等诸多方面的影响,分析了包头市某地下双舱综合管廊,建立不同装配应力下的综合管廊有限元模型,对管廊防水橡胶圈接触压力、结构受力以及结构位移变化进行研究。结果表明：装配应力的施加可以有效提高管廊防水性能,但橡胶圈接触压力受装配应力施加位置影响而伴随有分布不均匀的问题;管廊连接孔道部位在装配应力作用下会产生明显的应力集中现象;在地震动作用下随装配应力加大,结构竖向加速度峰值减小、水平向加速度峰值增大、管廊顶底板中部以及侧墙中部的峰值位移增大。     

地震波斜入射地下隧道地震响应：2.5维FE-BE耦合模拟

针对地震波斜入射导致的非一致地震激励结构地震响应问题,提出了地下隧道三维地震响应分析的一个2.5维有限元–边界元（FE-BE）耦合分析方法,该耦合方法具有分析效率高和计算精度高的优势。利用有限元模拟隧道结构,并引入弹簧单元考虑衬砌管片接头的影响;半无限土域利用基于场地三维动力刚度矩阵和移动斜线荷载格林函数的边界元方法模拟。通过与文献结果比较验证了耦合方法的正确性。利用该2.5维FE-BE方法,以某盾构隧道为例,研究了斜入射地震波作用下隧道结构的三维地震响应,着重分析了管片接头对隧道衬砌地震变形和内力的影响,并讨论了通过对隧道衬砌整体刚度进行折减（等效均质圆环模型）来考虑管片接头影响的方法的适用性。研究表明,管片接头对隧道地震响应有重要影响,随接头刚度减小隧道衬砌变形呈增大趋势,但衬砌内力显著减小;而且,对于管片接头刚度较大的情况,等效均质圆环模型可以在一定程度上反映管片接头对隧道结构地震响应的影响,但可能导致隧道纵向弯矩的低估。     

地震波三维斜入射作用下隧道#br# 对场地地表地震动的影响

利用2.5维有限元-边界元耦合方法,以饱和土场地中圆形隧道为例研究了地下隧道对场地地表地震动加速度的放大效应,主要讨论了地震波入射角的影响。假定地震波在基岩面三维斜入射,用水平入射角θh和竖向入射角θv两个角度来表示地震波的入射方向。研究表明,地震波斜入射时的场地地表地震动加速度放大系数显著大于地震波垂直入射情况,且地震波入射角对场地地表加速度反应谱的幅值、形状以及卓越频率也均有一定程度的影响,尤其对竖向加速度反应谱卓越周期的影响显著。此外,针对本文算例,θh< 30°且θv> 30°时,场地地表地震动竖向加速度与水平加速度的比值大于规范推荐的0.65,且此时竖向加速度反应谱的幅值可能会大于水平加速度反应谱的幅值。     

地震波斜入射时水平层状场地的非线性地震反应

利用土层和半空间的精确动力刚度矩阵,可求解地震波斜入射,水平层状场地的动力响应,并可得到各土层的位移、应力及应变结果。结合等效线性化算法,可分析斜入射地震波(SH,SV,P)时场地的非线性地震反应。研究表明:入射角对地表的加速度峰值有重要影响,未必在波垂直入射时最大,可能有多个峰值;实际地震波入射角平均在60°左右,与斜入射SV波时峰值放大倍数最大值出现的角度基本一致,按垂直入射计算得到的结果可能不安全,表明了在场地非线性地震反应中研究斜入射的必要性。     

不同坡度条件下岩溶区隧道的地震动力响应

虽然相比于地面构筑物,地下结构具有良好的抗震性。但近年来研究发现,岩溶地质条件下隧道结构仍会出现严重的震害,且震害的程度也会随隧道所处地形差异而不同。为研究其地震动力特性,借助ABAQUS有限元软件,以福建某一隧道为依托,基于黏弹性人工边界建立二维有限元计算模型,分析了不同坡度下岩溶区隧道的地震动力响应,得到了衬砌结构各监测点的应力、位移以及围岩最大塑性区变化情况。     

顺层隧道地震响应的波动方法研究

 顺层岩体是隧道工程中常见的地质情况,震害突出,但尚无有效的地震响应分析方法,因而难以深入研究其响应机制和规律。为此,建立一种地震波动输入方法及相应公式,该方法以有限元法与时域波动分析法相结合,采用黏弹性人工边界,基于顺层岩体的横观各向同性本构关系,考虑岩体中地震波的偏振特性和相速度变化特点,适用于地震波斜入射方向与隧道纵断面平行的情况。同时,为验证所提出方法的实用性和可行性,应用其分析某顺层岩体中高速铁路隧道结构的地震响应规律。结果显示：当岩层水平或竖直时,则qP波引起的衬砌内力包络图对称;当岩层倾斜时,则qP波引起的衬砌内力包络图不对称,不对称性的幅度与岩层倾角相关;岩层倾角不同,则弯矩值相差较大;弯矩包络图无论对称与否,环向弯矩极值均位于拱脚处,而纵向弯矩极值却位于拱顶和仰拱处。此外,作为对比分析,又将岩层简化为各向同性介质,采用该方法进行计算,结果发现：P波引起的衬砌内力包络图对称,且内力包络图与将岩层简化为横观各向同性介质时相接近。这进一步验证了提出方法的合理性和可靠性。     

地震波斜入射时二维成层介质自由场求解的等效线性化方法

基于等效线性化频域数值求解方法和二维应变空间状态理论,提出了一种地震波斜入射时二维水平成层介质的非线性地震反应分析方法。首先,建立地震波斜入射下成层弹性介质频域传递矩阵;其次,结合等效线性化方法,给出了地震波斜入射情况下二维等效剪应变求解方法,进而求得任一层的等效刚度和阻尼比,并进行迭代计算,直到满足给定的精度为止;最后根据满足精度要求的等效刚度和阻尼比进行成层介质地震反应分析,求取目标层的地震响应。对某二维水平成层场地地震波斜入射(SH波、SV波和P波)时的非线性地震反应进行了计算,并研究了成层介质场地地震反应随入射角的变化而变化的规律。     

土层地震行波反应分析中侧向人工边界的影响

假定土层为线性粘弹性介质,主要探讨了行波地震输入作用下采用有限元法分析均匀土层时有限土域的取值范围对计算精度的影响。在频域内分析了土层地震反应随不同侧向人工边界、迫振频率、阻尼、土层长深比和地震波传播速度的变化规律,以及水平方向和垂直方向土层地震反应的特点。应用所得的计算成果对一河谷地形的土层进行地震反应分析,计算结果表明采用本文土层范围取值来确定土域的计算范围可以得到满意的结果。     

SV波入射下均匀饱和地层渗透系数对深埋隧道的影响机制

对于饱和场地中地下结构的抗震分析问题,地层渗透系数决定了孔隙水与土骨架耦合作用的强弱,是研究饱和地层–结构动力相互作用的关键参数之一。然而,目前研究通常基于渗透系数为零或无穷大的假定,忽略了实际地层的渗透特性且对其影响机制尚不清晰。针对不同类型均匀饱和地层对应的渗透系数分布范围,基于Biot两相介质理论,首先建立了饱和地层不同渗透系数情况下的u-w格式模型,推导渗透系数分别为有限值、零和无穷大3种情况下P₁,P₂,S波的波速解析表达式,分析了地层渗透系数变化对自由场波速的影响规律;进而,建立了不同类型饱和地层与深埋隧道动力作用分析模型,并与典型算例精确解对比验证了本模型的有效性;在此基础上,分别研究了砂岩、卵石土、砂土、粉土4种类型饱和地层渗透系数变化及两种极端值情况下隧道结构及周围地层孔隙水压力的响应机制。结果表明:对于不同类型饱和地层,3种体波在地层中的传播速度均随渗透系数k增加呈上升趋势,当k<10^-4 m/s时,波速为最小值且与k→0极端情况一致,当k>10~2 m/s时,波速为最大值且与k→∞极端情...     

深厚软土场地中三维凹陷地形非线性地震响应分析

采用黏弹性人工边界并结合地震动输入等效结点力法实现半无限场地的波动输入,采用等效线性法模拟土体的非线性特征,基于有限元软件ABAQUS,建立弹性基岩上覆深厚软土中三维凹陷地形非线性地震响应分析模型。通过与文献比较,验证了整体模型的精度。以天津地区某一浅椭球凹陷地形为例进行数值计算,比较了非线性地震响应与线性地震响应的差别,并进一步分析了三维凹陷地形对非线性地震响应造成的影响,最后计算了在地震安全性评价人工波作用下三维凹陷地形的非线性地震响应。研究表明,土体的非线性特征对三维凹陷地形地震响应有显著影响。研究还发现一个特殊现象,即凹陷地形中心附近的非线性地震响应可能会大于其线性地震响应,且地震激励幅值越大,这一现象越明显。对于三维复杂局部场地的非线性地震响应研究,模型具有一定的参考价值。     

平面Rayleigh波入射下饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的动力响应

基于Biot波动理论,采用Fourier-Bessel级数展开法,建立了平面Rayleigh波入射下,饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的散射力学模型,求解了频域内复合式衬砌的动应力集中系数、孔压集中系数的解析解,通过参数化分析,研究了Rayleigh波在不同入射频率作用下,内衬和外衬的刚度比、厚度比、隧道埋深等因素对复合式衬...     

采用有限元模拟自由场地震响应的探讨

以实际工程为背景,在考虑阻尼选取、单元划分、边界处理和地震动输入的基础上,利用有限元软件ANSYS,采用参数化建模的方法建立了3种不同的土层有限元模型,并分别进行了地震响应分析.对计算结果的分析比较表明,本文中的3种土层有限元模型在模拟精度上虽有差异,但均能够较好地模拟自由场地的地震响应.     

多层土粘弹性边界的二维斜入射SH波时域输入

采用不同人工边界区分区确定人工边界非外行波场,然后根据波动传播特点、应力状态及其自由地表反射规律和应力状态变换在时域下解析计算边界荷载,算例表明,斜入射输入技术简单、高效且模拟精度高。