灾后重建专刊（开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析）

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5米、开挖10米、开挖15米和开挖20米不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律。分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化。     

地震荷载作用下二元结构反倾开挖斜坡的变形破坏模型试验

选取彭州市龙门山镇王家坪滑坡所处斜坡作为二元结构反倾开挖损伤斜坡的典型实例,进行了地震荷载作用下变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧了斜坡在地震荷载作用下的变形破坏。从破坏形式来看,反倾斜坡的坡变形破坏分为2个部分,一为浅表覆盖层的整体滑动,二为反倾岩层受浅表覆盖层滑动牵引而发生倾倒—崩塌,与野外调查结果吻合。从整个变形破坏过程来看,可以划分为以下阶段:地震初始阶段(浅表覆盖层与基岩接触面逐渐贯通过程)—浅表覆盖层滑动启动阶段—浅表覆盖层全面滑动及基岩牵引—倾倒阶段。试验重现和揭示了斜坡的变形破坏过程和规律。     

地震荷载作用下陡倾角顺层开挖斜坡的变形破坏模型试验

在汶川地震灾区,顺层陡倾斜坡是一类地震山地灾害非常发育的斜坡类型,而开挖往往加剧了斜坡的地震山地灾害。为了重现斜坡的变形破坏过程,分析斜坡在地震荷载作用下的变形破坏规律。选取平武县平通镇桑树坪滑坡所处斜坡作为顺层陡倾角开挖损伤斜坡的典型实例,进行地震荷载作用下变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧了斜坡在地震荷载作用下的变形破坏。从破坏形式来看,顺层陡倾斜坡的坡变形破坏兼具崩塌和滑动二者特征,与野外调查结果吻合。从整个变形破坏过程来看,可以划分为以下阶段:a.地震初始阶段,此阶段开挖呈契形体岩层在地震作用下沿层面微小滑动,坡脚应力剧增;b.开挖岩层坡脚溃曲阶段;c.全面下滑阶段;d.岩层滑动受阻-倾倒阶段。     

斜坡地震响应的物理模拟试验研究

“5·12”汶川大地震不仅诱发了数以万计的崩滑灾害,这些灾害还表现出非常独特的动力学特征。为了研究和探索强震诱发地质灾害的成因机理,利用振动台物理模拟试验手段,系统地研究了强震作用下地震力作用方向、坡体结构、坡体形态特征等因素对斜坡变形破坏的影响规律,探讨了强震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程。研究发现：地震过程中所产生的强大惯性力是导致斜坡变形破坏的主要原因。强大的水平地震惯性力,首先在斜坡坡顶产生走向垂直于地震力作用方向的竖向拉裂缝,同时带动裂缝外侧变形体沿水平方向运动,产生近水平或外倾的拉剪结构面(滑动面),最后沿此面整体失稳破坏。强震作用下,坡体中岩性及岩性组合特征、岩体中控制性结构面组合特征是影响斜坡变形破坏模式的重要因素。     

汶川地震中桥梁损伤机理探讨

桥梁在地震中的损伤依赖于场地条件、地面运动、桥梁结构的外形以及桥梁的细部的构造,本文通过对汶川5·12地震中桥梁主要损伤的回顾分析,列举了由于地震引起桥梁主要损伤的主要因素,归纳了地震期间可能发生在桥梁中各种类型的损伤,并对其进行了分类,得出在一些特殊的桥梁中引发损伤的各种形式.通过借鉴和分析了国内外有关桥梁地震的损伤规律,为今后灾区桥梁的修复和重建工作提供一些参考.     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p-y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

地震荷载作用下桩承式加筋路堤动力响应分析

桩承式加筋路堤具有工期短,成本低以及沉降变形小等优点,在工程中得到了广泛应用.为了研究地震荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性,建立了桩承式加筋路堤的数值分析动力模型,分析了水平地震波El-Centro作用下桩承式加筋路堤的动力响应.同时,研究了路堤加速度、动剪应力和路堤动位移等动力特性,分析了CFG桩和土工格栅的内力峰值分布.最后,对土工格栅抗拉模量和桩间距进行了参数分析,研究了水平地震荷载作用下土工格栅抗拉模量和桩间距对桩承式加筋路堤动力响应特性的影响.数值分析结果表明:桩承式加筋路堤在右坡面接近坡脚处,剪切应变增量最大;增大格栅抗拉模量能增强桩承式加筋路堤的抗震性能,而且对增强竖向地震稳定性比水平向地震稳定性效果更明显.     

开挖卸荷桩土界面荷载传递模型的修正与验证

为了准确预测深开挖条件下桩基的承载变形性状,在桩土界面荷载传递计算模型中考虑了卸荷效应．基于快速拉格朗日法(FLAC3D),将线弹性-完全塑性的桩土界面荷载传递模型修正为双曲线计算模型,修正后的模型可以考虑开挖卸荷后桩周土体法向应力减小对桩土界面剪切刚度的影响,也可以考虑开挖深度、面积和桩长对桩端阻力的影响．利用修正模型对开挖条件下砂土地基中的单桩进行了足尺数值试验,分析计算了开挖后桩基的承载性能,并将修正后模型的计算值与软件内嵌的线弹性-完全塑性模型的计算值及试验值进行对比分析．结果表明:修正后计算模型和传统计算模型都能够较准确地预测开挖条件下桩基总极限承载力,但是,修正计算模型考虑了支护结构外围土体对桩端承载力的贡献,能更准确地预测桩身下部侧摩阻力与桩端阻力．因此,修正计算模型更适合开挖条件下的桩基承载力计算．     

钢筋混凝土框架结构的地震损伤分析

在总结现有钢筋混凝土框架结构震后损伤评估方法的基础上，结合结构抗震控制研究的新成果，提出一种新的结构震后损伤评估方法。该方法引入了框架结构层间屈服强度系数的概念，更适宜于框架结构震后的整体损伤评估。     

桩基多层框架结构对水平地震荷载的响应

通过对建筑在桩基上的多层框架结构的上部结构、桩基础、地基共同工作时的运动分析,建立结构系统的运动微分方程.采用桩基承台的水平位移及转角为广义坐标,将多自由系统的动力学问题转化为二自由度系统问题求解.在求系统运动微分方程基础上,得到承台的水平位移和转角.从而求得上部结构各层的位移、速度、加速度、惯性力及上部结构对基底的剪力和弯矩.     

某偏压连拱隧道分步开挖时边坡位移响应分析

采用现场监测和数值模拟2种方法,对偏压连拱隧道分步开挖过程的边坡位移响应进行对比分析,结果表明:在隧道分步开挖过程中,1)隧道正上方位置边坡沉降变化最为明显,谷侧隧道上台阶开挖步为对沉降影响最为明显的开挖步;2)隧道正上方中间部位及边坡下部水平位移较大,边坡上部较小。谷侧隧道上台阶开挖步为对水平位移影响最大开挖步;3)边坡地表位移有增大趋势。开挖对边坡体位移的影响范围从隧道向上直至边坡自由面,在其他方面约为3倍隧道尺寸。其中,隧道正上方地表位移量远大于边坡上部与下部位置,谷侧隧道上台阶开挖步为边坡中部地表位移影响最大的分析步。     

板岩路堑边坡开挖扰动效应分析

板岩路堑高陡边坡,在开挖施工过程中可能产生的危害性较大.对其不同开挖阶段的扰动效应的分析研究,是一个极有价值的课题,能够为工程的设计、施工提供一定的参考和依据.本文以某高速三合同段的高路堑板岩边坡为依托工程,对天然含水率下的坡体的开挖扰动效应进行极限平衡分析和数值模拟分析.通过研究,揭示了不同工况下边坡的稳定性变化过程,为合理安排开挖工序,选择合理的防护方案,提供了技术参考.     

不同施工工法对断层隧道的力学响应分析

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质构造,在断层破碎带附近施工时常常会引发围岩失稳甚至塌方等问题。因此依托某高速公路隧道,利用FLAC3D建立三维分析模型,研究施工方法对隧道围岩稳定和支护结构的影响,计算结果表明：在3种施工工法下,断层破碎带位置围岩的拱顶沉降值和拱底隆起值显著大于围岩正常段的,同时初期支护结构在断层破碎带和围岩正常段交界处的受力最大。环形开挖预留核心土工法施工引起的拱顶沉降最大值为51.45 mm,拱底隆起最大值为121.25 mm,初期支护结构的主应力最大值为15.27 MPa,各项数据均优于其余两种工法的对应值,表明该工法对保持围岩稳定效果最佳。现场监测结果也表明断层破碎带附近的拱顶沉降值要大于围岩正常段的拱顶沉降值,在现场施工中要加强断层破碎带位置处的监测并做好安全措施。     

基于RFPA3D不同加载方法的边坡渐进破坏分析

以锦屏一级左岸边坡为例,建立简化、含软弱结构面的三维地质模型,采用RFPA3D基于离心加载法（Centrifuge）和强度折减法（SRM）模拟边坡渐进破坏过程,通过再现边坡渐进破坏过程,探讨RFPA3D不同加载方法在边坡稳定性分析中的适用性。模拟结果显示:与FLAC、离散元等有限元数值计算方法相比,RFPA3D模拟的边坡渐进破坏过程更加简单直观高效;渐进破坏过程分析表明,在自然工况下左岸煌斑岩脉X、断层F5、F8、F2是控制边坡整体破坏模式的关键因素,在进行边坡开挖时应予以重点关注。稳定性分析表明,采用Centrifuge法计算得到的边坡安全系数为1.75,比采用SRM法计算得到的安全系数1.52高,且Centrifuge法模拟得到的边坡破坏模式与实际工程勘察结果更为一致;因此,分析边坡破坏模式时,推荐采用RFPA-Centrifuge法。     

高层建筑随机地震反应分析

是文献工作的继续,采用地震动转动功率谱的数学模型,探讨了地震动转动分量对高层建筑随机反应的影响。建立了在水平与摇摆地震动联合作用下可简化为悬臂杆件的高层建筑的振动方程,给出了计算结构均方反应及可靠度的公式。最后,进行了实际结构的数值计算。     

碎裂状顺层岩质边坡地震动力响应与破坏模式

川藏铁路沿线存在大量碎裂状顺层岩质边坡,与一般的边坡相比,碎裂状边坡在岩体强风化区域的结构面更多,把岩体切割的更为碎裂,导致整体的动力响应和破坏模式变得复杂。以川藏铁路拉月隧道进口边坡工程为依托,通过实地调研和参考工程地质资料,对结构面的分布规律进行了详细总结,并通过赤平极射投影对边坡的整体稳定性进行了分析。在此基础上利用离散元UDEC对碎裂状顺层岩质边坡的动力特性以及破坏模式展开研究,并探讨了节理参数对位移和加速度响应的敏感性规律。研究结果表明：(1)不同地震荷载作用下,坡面位移规律均呈现先增大再减小的规律,坡面位移响应最大处位于M4处。在输入地震波幅值相同时,Kobe波的坡面位移响应比EL波的剧烈；(2)边坡模型的PGA放大系数呈现明显的高程放大效应,地震波类型会影响PGA的响应规律；(3)FFT频谱分析表明,FFT幅值随着高程的增加呈先增大后减小再增大的规律,且强风化岩体区域的FFT幅值整体小于弱风化岩体区域。在地震波通过强弱风化交界位置的结构面时,会导致局部FFT幅值降低。(4)加载Kobe波时模型的FFT幅值比加载EL波时的大,在不同地震波作用下FFT幅值的最大位置均位于模型的M3测点处。(5)碎裂状边坡的失稳演化过程主要为：坡表震裂→形成落石→强风化岩体下部节理张开→弱风化岩体节理孕育→裂缝发展→强风化岩体区域形成贯通结构面→强风化岩体区域沿结构面下滑失稳破坏→坡脚形成堆积体。(6)节理参数敏感性分析表明,弱风化岩体区域的层理间距对位移的影响最为明显,而强风化节理间距对加速度放大影响最为明显。     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

利用有限元法建立大跨度钢管混凝土拱桥的结构模型,计算其自振性能,应用时程分析法,计算该桥考虑吊杆张力和拱肋初始应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较,分析了该拱桥的结构抗震反应.结果表明,初始应力对于拱肋的力学性能影响不大,并满足设计要求,本桥抗震性能良好.     

施州大桥地震反应分析

结合施州大桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序AN SY S,选取空间BEAM 188和L INK 10单元建立有限元模型,研究了独塔单索面斜拉桥的动力特性.根据桥址场地地震参数,分别用反应谱法和时程分析法作斜拉桥的地震反应分析,得出了重要截面在地震作用下的内力和位移,并对抗震设计提出了一定的建议.