考虑相互作用影响的堆石料动力参数反演

通过黏弹性人工边界及相关的等效结点力法实现了半无限域的地震动输入,采用多种群遗传算法和径向基神经网络构建参数反演平台,建立了考虑坝基相互作用及辐射阻尼影响的土石坝动力参数反演分析模型。多种群遗传算法优化得到坝体堆石料动力参数,可有效避免传统遗传算法的早熟问题;经过训练的径向基神经网络描述模型参数和加速度反应谱值之间的映射关系,节省参数反演的计算时间。对鲤鱼潭大坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。考虑相互作用的反演得到堆石料最大动剪模量系数C值最大,刚性地基模型反演结果居中,室内动三轴试验值最小,工程应用时室内试验值应予以修正。     

粉煤灰坝模型试验研究

以湖南省耒阳电厂粉煤灰坝的加高加固工程为研究背景,采用大型液压伺服式振动台作为试验手段,分别对高程为170,180,230 m的灰坝模型进行了动力特性试验研究,并进行了计算验证。同时,对采用3种不同灰渣拌合料加高的180 m高程灰坝模型进行了动力特性评价并认为其对灰坝的整体动力特性没有太大的影响。试验结果表明,灰坝的自振频率是随着激振加速度的增大和坝体的加高而降低的;坝顶加速度放大倍率也是随激振加速度的增大而降低的;两者在有干滩工况下普遍大于无干滩工况。     

尾矿料的动强度特性试验研究

通过对某尾矿坝料进行固结不排水动力三轴试验。对两种尾矿料在不同围压和固结比应力条件下之动强度、孔隙水压力及轴向应变的变化进行了研究。试验结果表明,在循环振动荷载下,对同一固结比,动剪应力随围压的增大而增大,同一围压下,动剪应力随固结比的增大而增大。孔隙水压力的增长主要发生在振动前期,固结比对孔隙水压力的增长影响明显,同时试验结果可用双曲线较好地进行拟合。在低固结比条件下,轴向应变1%附近存在应变突增点。试验研究成果为该坝的动力稳定性分析提供了参数,也为后续尾矿料的动力特性研究提供参考。     

弱震情况下高土石坝坝料动力参数反演分析

通过传递函数结合黏弹性人工边界模型实现了三维河谷地形下地震动的输入问题,不仅考虑了坝基相互作用和地基辐射阻尼的影响,而且较好地考虑了河谷地形的影响,保证了大坝动力计算的地震动输入的合理性。然后利用多输出支持向量机代替有限元计算,需要的样本数量相对较小,并且避免了传统单一支持向量机容易忽略监测数据间的相关性的问题,精度满足计算的要求,最后利用粒子群优化算法对反演参数进行优化选择。对糯扎渡心墙堆石坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。说明提出的方法是可行的,适用于弱震情况,可以为缺乏强震或震害资料的坝体动参数反演提供依据。最大动剪切模量系数C值与三轴试验方法和缩尺效应等有关,反演得到的堆石料最大剪切模量系数C值比室内动三轴试验值偏大,可以为室内试验值修正提供参考;并且由于受到上游蓄水的原因,反演得到上游堆石料最大动剪模量系数C值又比下游堆石料小40%左右,工程应用时室内试验值建议予以适当的修正。     

弱震情况下高土石坝坝料动力参数反演分析

通过传递函数结合黏弹性人工边界模型实现了三维河谷地形下地震动的输入问题,不仅考虑了坝基相互作用和地基辐射阻尼的影响,而且较好地考虑了河谷地形的影响,保证了大坝动力计算的地震动输入的合理性。然后利用多输出支持向量机代替有限元计算,需要的样本数量相对较小,并且避免了传统单一支持向量机容易忽略监测数据间的相关性的问题,精度满足计算的要求,最后利用粒子群优化算法对反演参数进行优化选择。对糯扎渡心墙堆石坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。说明提出的方法是可行的,适用于弱震情况,可以为缺乏强震或震害资料的坝体动参数反演提供依据。最大动剪切模量系数C值与三轴试验方法和缩尺效应等有关,反演得到的堆石料最大剪切模量系数C值比室内动三轴试验值偏大,可以为室内试验值修正提供参考;并且由于受到上游蓄水的原因,反演得到上游堆石料最大动剪模量系数C值又比下游堆石料小40%左右,工程应用时室内试验值建议予以适当的修正。     

低渗透污染土水动力弥散参数试验研究

污染土的治理中通常采用降低渗透性的措施来控制其二次污染。通过获得其水动力弥散参数可以对其二次污染进行评价和预测，但是现有的土柱试验以及求解方法不适用于低渗透污染土水动力弥散参数的测定和求解。针对低渗透污染土水动力弥散参数试验和求解的问题，提出采用改进的柔性壁渗透仪测定其污染物的穿透曲线，根据所获得的穿透曲线，采用数值反演的方法计算污染土的水动力弥散参数。结果表明，采用柔性壁渗透仪和数值反演的方法，能够满足低渗透污染土水动力弥散参数测定的需要。     

可液化土–高层结构振动台试验的土性参数识别

 基于已进行的可液化地基–桩–高层结构振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究场地液化机制及土的动力特性。由振动台试验的土体加速度记录,通过剪切梁模型,求出土体的动剪切应力–剪切应变曲线,研究土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系,并进一步研究土体剪切波速、有效应力路径及桩和土的剪切应变等情况。结果表明：在较强地震激励下,动剪切应力和动剪切应变滞回圈更饱满,表现出更强的滞回特性;土的刚度随着深度的增加而增大;孔压比存在明显的上升,孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,土的刚度随着孔隙水压力的上升而降低;利用参数识别技术得到的土的刚度与土动力性质试验得到的结果比较一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;群桩内外土体的剪切应变形状相似,外侧土体的剪切应变比内侧土体的剪切应变大。该土性参数识别技术对于研究液化场地及液化场地中结构的抗震设计具有一定的参考价值。     

铁矿尾矿料动力特性研究

尾矿坝堆积材料的填筑质量不可控,在地震等不利因素作用下会发生溃坝,造成严重后果。通过对某铁矿尾矿料进行固结不排水和排水动力试验,获得其物理力学特性。试验结果表明：围压越高,尾矿料的动强度越大,相对应的模量值越大。由于干密度较大,导致试样在较大振次下轴向应变很小,同理试样主要发生体缩。试验结果为尾矿坝的抗震稳定性评价提供了必要参数。     

土层随机地震反应及动力可靠性分析

根据随机振动理论,研究了土层随机地震反应动力分析方法,介绍了场地土在动剪模量的变化分别为线性和指数时的动力方程的求解问题,分别给出了基岩输入地震加速度为白噪声和过滤白噪声时土层反应及各阶振型反应的统计参数,从而建立了可靠性分析的计算方法,并且对同一场地土采用两种动剪模量变化形式进行了自振频率的对比计算和动力可靠度计算。     

动力离心试验反演分析砂土模量阻尼比特征与可靠性

基于阵列加速度记录获取土体剪应力–剪应变响应的反演分析方法,已在岩土模型试验和强震观测中得到诸多应用,但在求取剪切模量、阻尼比方面鲜见研究。利用一组动力离心模型试验,探讨加速度记录反演分析的动模量、最大模量、阻尼比等参数变化特征和影响因素,并结合经典公式对其可靠性进行评价。结果表明：获得动模量和阻尼比集中于0.01%～1%剪应变范围,数据离散性较小,随剪应变、埋深、孔隙比等变化趋势与既有认识吻合,表明选取的积分位移方法和剪切梁分布函数的合理性;不同荷载下各埋深的动模量和阻尼比数据,均良好服从Hardin双曲线模型,相关系数分别≥0.98和≥0.97;最大模量与孔隙比负相关,随埋深呈近似线性增长,证明动力荷载带给土体的振密效果;与单元试验结果相比,模型试验获得剪切模量略低,而阻尼比偏高,与单元试验的应力边界、加载方式等相关,分别验证定性和定量上反演分析动力离心试验应力–应变本构关系和模量阻尼比的可靠性。研究内容与结论为发展动力离心试验数据分析方法和提升土体动力本构关系认识、建立重要方法与有益参考。     

BP神经网络在灰坝动力计算中的应用

针对灰坝动力计算模型参数的不确定性和复杂性,以大量室内动力试验所得参数为预测样本,以粉煤灰的基本物理特性参数作为输入值,利用BP神经网络强大的非线性映射能力,建立了灰坝动力本构方程参数的预测模型。将其应用于某电厂灰坝的动力有限元计算中,计算所得灰坝的模态参数、动力响应和破坏性态与模型试验结果进行分析比较,取得了比较一致的结论。最后提出了一些对灰坝抗震有价值的建议。     

Random decrement based method for modal parameter identification of a dynamic system using acceleration responses

This paper proposes a random decrement (RD) based method to identify the modal parameters of a linear dynamic system, when only forced acceleration responses are available for use. The RD based method evaluates response data in the time and, then, frequency domains by correlating the RD technique with fast Fourier transform based algorithms and a linear least square procedure. However, the effect of the RD signatures of input forces that is added in the RD signatures of the acceleration responses must be addressed. In response to this need, a novel frequency response function (FRF) approach for the acceleration responses, with a modification of the traditional one, is verified as a first step. Subsequently, the derivation of the RD based method follows the concept of the FRF approach to achieve the theoretical basis of the FRF defined for the RD signatures. Numerical simulations of a 2DOF linear dynamic system loaded by white noise forces and simulated wind forces foster applicability of the RD based method. Applications of the Ibrahim time domain algorithm and the vector RD technique to the forced acceleration responses are also discussed.     

碧口心墙堆石坝抗震复核分析

 经历“5•12”汶川大地震后,碧口心墙堆石坝出现不同程度的震损现象。根据汶川地震自由场峰值加速度随断层距的衰减关系,利用距坝址较近的文县地震台站(062WIX)实测记录,推求碧口水电站坝址岩基输入加速度时程。通过类比相关工程室内大型动三轴试验资料,结合筑坝材料的工程特性,确定大坝填料的动力模型参数。基于三维动力有限元分析TSDA程序,计算得到的大坝震后永久变形、心墙动孔隙水压力与实测资料较为接近;大坝的绝对加速度反应不大,最大放大倍数仅为2.36倍,坝基防渗墙的动力反应也较小。由于坝址区位于汶川地震发震断层的上盘,虽然地震持续时间较长,但地震波的高频分量发育,大坝的动力反应小于依据《水工建筑物抗震设计规范》设计反应谱合成规范波的对应值。研究结果表明,采用现代重型振动碾压技术填筑的碧口心墙堆石坝具有良好的抗震性能,现阶段土石坝抗震计算理论与方法基本合理。     

基于数值模拟法的张力膜结构风振响应分析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、风敏感等特点,利用非线性随机振动理论,采用数字模拟法在时域对张力膜结构进行了风激动力响应分析．利用线性自回归过滤器,引入适当的三维空间相关性公式,根据脉动风的特性产生时域内的样本函数,然后根据样本函数利用有限元法在时域内求解运动微分方程得到张力膜结构的风激动力响应,最后由响应值求得结构振动的位移、速度、加速度的均值和均方差等统计信息．从中获取张力膜结构的风激动力响应特性,并给出风激动力响应与结构参数的关系,为继续开展张力膜结构的研究工作提供一些有益的参考．     

Optimum design of pendulum‐type tuned mass dampers

The equations of motion are derived for a translational single degree of freedom system equipped with a ‘pendulum‐type’ tuned mass damper (TMD) under dynamic force and base acceleration excitations. The complex frequency response functions are obtained. Following response minimization procedures, the optimum parameters of the TMD under random white noise excitations are determined. The effect of the TMD in reducing the response is expressed in terms of an equivalent viscous damping. The optimum design parameters and the corresponding efficiency of the TMD under both wind and earthquake dynamic loads are presented in design charts. The effect of the structure inherent and aerodynamic damping on the optimum parameters is studied and simplified charts to account for such effect are provided. Moreover, a design chart for the over‐optimum‐damped TMDs is presented. The translational‐type TMD is treated as a special case of the pendulum‐type. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

接触动力学参数对隔震结构碰撞挡土墙#br# 动力响应影响分析

结合碰撞模型,根据已有的隔震结构试验,建立基础隔震结构碰撞挡土墙计算模型,研究接触刚度、隔离缝宽度、峰值地面加速度(PGA)和接触阻尼对隔震层动力响应的影响。计算结果表明：接触刚度与隔震层最大位移呈乘幂函数关系(指数为-1.49～-0.88),与隔震层最大速度呈乘幂函数关系(指数为10-3～10-2量级),与隔震层最大加速度呈正比例函数关系。隔离缝宽度与接触位移(隔震层最大位移与隔离缝的差值)、隔震层最大速度负相关,与隔震层最大加速度正相关。PGA与接触位移、隔震层最大速度和加速度正相关。接触阻尼对隔震层动力响应的影响受其他参数的影响较大;当接触刚度较小,且PGA较大或隔离缝宽度较小时,接触阻尼对隔震层最大位移、速度以及加速度有影响;其他情况时,影响不大。     

加筋土挡墙动力特性模型试验与动力分析

模拟加筋土挡墙的铁路路基,通过动力荷载作用下的模型试验得出了加筋土挡墙为路基的动态响应特性,水平、竖向加速度和位移均值随挡墙高度的变化规律;得出了竖向、水平累计变形规律,并对加筋土的动力失稳、动变形、动强度和动应力—应变关系进行了深入分析。对加筋土工程具有重要意义。     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

场地土随机地震反应分析及动力可靠度计算

根据随机振动理论,研究了土层随机地震反应动力分析方法,介绍了场地土在动剪模量的变化分别为线性和指数时动力方程的求解问题,分别给出了基岩输人地震加速度为白噪声和过滤白噪声时土层反应及各阶振型反应的统计参数,从而建立了可靠性分析的计算方法,并且对同一场地土采用两种动剪模量变化形式进行了自振频率的对比计算和动力可靠度计算.     

饱和南京细砂动剪切模量特性的大型振动台试验研究

为了研究饱和砂土动剪切模量在振动孔隙水压力（简称孔压）升高和消散阶段的变化规律,开展了饱和南京细砂的大型振动台试验研究。基于试验数据,分析了加速度二次积分时合理选择带通滤波的低频和高频阀值的重要性,提出了由土层加速度时程确定土体动剪切模量的方法。分析孔压升高和消散阶段土体的动剪切模量比与循环周数、孔压比、剪应变幅值的关系,结果表明：与孔压升高阶段相比,孔压消散阶段的动剪切模量比明显要低,将孔压升高与消散阶段的土体动剪切模量视为相同是不合适的;大型振动台试验给出的饱和南京细砂动剪切模量比随剪应变幅值增大而衰减的速度大于室内循环三轴试验给出的结果。