频率非平稳地震动对大坝非线性响应的影响

采用传统三角级数模型和基于调频率的时-频非平稳地震动生成方法合成的人工波作为输入时程对某大坝进行动力时程分析比较,结果表明,地震动时程的频率非平稳特性对结构非线性地震响应的影响不可忽略,现阶段用于动力时程分析的人工波大多只是幅值非平稳的均匀调制过程,可能低估了结构在真实地震情况下的反应,使结构的抗震设计偏于危险。     

基于人工地震动的大型渡槽动力响应分析研究

基于水工规范谱合成符合频谱关系的人工地震动,以豪斯纳尔理论简化槽内水体与槽壁的流固耦合作用,建立大型渡槽流固耦合动力学分析模型,并以人工地震动和按比例法调整的EL-centro波作为输入,采用三维有限元及时程分析技术,对不同过水量下渡槽结构的动应力及动位移进行了计算分析,结果表明人工地震动引起的响应比EL-centro波引起的大.     

近断层地震动对边坡稳定性的影响

为研究近断层地震动特性及其入射方向对边坡地震响应的影响,首先,考虑边坡对地震波的散射规律,提出了一种能够考虑地震波任意角度入射的地震动输入方法,该方法能够准确考虑模型边界两侧的动力相互作用且简单易操作。其次,运用提出的地震动输入方法,通过有限元参数分析研究了地震波入射角对边坡地震响应的影响规律。结果表明:当同时考虑Ｐ波及ＳＶ波入射时,由于两种波形的叠加作用,边坡的放大效应较一种波形单独作用时更加显著,且坡面上加速度分布更不均匀。地震波的入射角能够显著影响边坡的地震响应,随着地震波入射方向与坡面间夹角的增加,边坡对地震动的放大效应越明显,坡面上加速度分布越不均匀。     

地震作用下大型渡槽动力响应分析研究

针对大型渡槽在地震作用下的结构响应问题,基于水工标准谱人工合成符合频谱关系的地震动,以豪斯纳尔(HOUNSER)理论简化槽内水体与槽壁的流固耦合作用,建立了大型渡槽流固耦合动力学分析模型,并以人工地震动和按比例法调整的ELCentro波作为输入,采用三维有限元及时程分析技术,对不同过水量下结构的动应力及动位移进行了计算分析.结果表明,人工地震动引起的响应比ELCentro波引起的大,同时得出不同过水量下槽体结构动应力及动位移的变化规律,为同类工程设计提供理论依据和参考.     

浅层高分辨率工程多波地震勘探方法研究

从目前地震勘探中存在的问题出发，分析了浅层工程多波勘探现状，阐述了小波分析和τ－ρ变换在高分辨率地震多波勘探中应用的基本原理，介绍了该项研究成果的成功应用实例。分析表明：（１）引进小波可提高地震记录分辨率：（２）τ－ρ变换可对地震记录中折射波、反射波和面波作有效分离，提取和识别；（３）多波勘探在实际工程勘探中取得了很好的效果，具有广阔的应用前景。     

地震烈度与震级的判别

地震是指大地突然发生的震动。地震可分为构造地震、海啸地震、诱发地震和人为地震四大类别。地震是地壳在内外动力作用下，产生震动弹性波，从震源向四周传播引起的地面颤动。地震成因较多，如构造断裂活动可以引起构造地震；火山活动可以引起火山地震；地面塌陷、崩塌可以引起塌陷地震；人类活动可以形成人为地震。地下核试验，飞机轰炸等即是人为地震。     

非平稳地震动时程的渐进谱研究

分别采用窗口滑移、Kameda多重滤波和Nakayama窄带滤波方法得到El Centro NS地震记录的渐进谱,经比较,选择Nakayama方法用于本文的渐进谱研究。分析了有限带宽白噪声、强度非平稳时程与实际地震记录的渐近谱,发现可从渐进谱分布规律的角度解释这些时程的特性差异。在Nakayama方法基础上建立了一个地震动合成模型,指出地震动时程的幅值和频率非平稳应同时与渐进谱和时频非平稳的相位相关。由本文和Kameda模型合成时程与实际地震动记录的渐进谱和相位的对比分析表明,依照本文模型合成时程的渐进谱和相位同时表现为时频非平稳,这与实际地震记录的特性完全相符。     

基于向量地震动强度指标的拱坝地震易损性分析

将地震动顺河向分量的一、二阶谱加速度以及地震动横河向、顺河向分量的一阶谱加速度分别作为反映地震动强度的向量指标,建立了以拱冠位移、横缝开度和损伤体积比为性能指标的拱坝地震易损性曲面,以预测拱坝在不同强度水平的地震作用下达到各级破损的概率。以白鹤滩拱坝为研究对象,考虑地震动以及材料的不确定性对拱坝进行增量动力分析,将分析结果取对数后进行二元线性回归,得到概率地震需求模型,然后建立了不同性能指标的拱坝地震易损性曲面,并对基于向量地震动强度指标和基于标量地震动强度指标进行拱坝地震易损性分析的效率进行了比较。研究结果表明:基于向量IM的易损性分析能够显著降低拱坝地震需求预测的离散性,同时基于向量IM比标量IM更加高效,采用基于向量IM的地震易损性曲面对拱坝进行易损性分析能更加准确地评估拱坝的抗震性能。     

龙开口水电站溢流坝段动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究了龙开口水电站溢流坝段在不同因素影响下的动力破坏特征,并通过对6个模型试验结果的分析探讨了溢流坝段的动力破坏机理。试验中考虑了坝体-库水的动力相互作用以及横河向地震动对大坝破坏的影响,采用规范谱波和场地谱波两种地震动激励进行模型超载破坏分析。试验结果为工程设计和评价溢流坝段的抗震性能提供依据。     

复杂高层建筑结构抗震分析与设计

复杂高层建筑的大量涌现给结构设计特别是抗震设计提出了新的挑战。为了探究复杂高层结构的抗震性能,针对某32层型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构,选取5条实测地震动加速度时程,开展了常遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析研究。研究结合各类有限元分析软件的特点,介绍了一种基于ETABS、SAP2000、PERFORM-3D三个有限元平台的抗震分析流程。此外,通过对比结构在不同地震动作用下的响应,分析了地震动频谱特性对结构响应的影响规律。研究表明,该结构在具有相同峰值的不同地震动作用下的响应差异较大。     

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。     

层状边坡的地震动输入方法研究

层状边坡是自然界中最常见的边坡之一,研究其动力响应规律对边坡的稳定性评价具有重要意义。为真实模拟弹性波在层状地基中的传播过程,首先建立层状地基的黏弹性人工边界模型,然后根据波动力学理论推导了考虑介质交界面的一次反射的等效荷载计算公式,并通过两层地基算例验证该输入方法的精度;针对层状边坡,采用本文提出的地震动输入方法和一种传统的输入方法分别研究其动力响应规律。研究表明:在两层地基算例中,本文提出的地震动输入方法能较好满足工程抗震的精度要求;在边坡的动力分析中,与传统方法相比,采用本文方法的边坡塑性应变能累积效应更加明显,且动力安全系数相对较小。     

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。     

近断层脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝动力响应的影响研究

近年来,近断层地震动引起了工程界的密切关注,水工方面的相关研究主要集中在混凝土重力坝,对高土石坝的研究甚少,尤其是近断层脉冲型地震动的影响尚不明确。因此,结合我国西部强震区一些已建和拟建在深厚覆盖层上的高土石坝,开展脉冲型地震动对高土石坝抗震安全的影响研究是十分必要的。采用弹塑性本构模型进行有限元计算,对比分析脉冲型与非脉冲型地震动作用下大坝的动力响应。结果发现,脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝的加速度响应有一定影响,并使坝体在极短的持时内产生较大的坝体变形,不利于大坝安全。因此,建议在强震区、深厚覆盖层上修建高土石坝时,将近断层脉冲型地震动作用下的大坝抗震安全评价作为一个关键环节。     

深厚覆盖层中地震动传播规律离心模拟试验研究

深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直是土石坝抗震研究领域的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是其重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了离心机振动台试验,分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响。研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大。     

等效黏性边界单元及黏性边界波动输入方法

为更好的利用大型通用软件进行结构-地基动力相互作用分析,本文在黏性边界的基础上提出黏性边界单元的概念,通过构造相同阻尼矩阵的方式提出了能够实现黏性边界功效的特殊有限单元-等效黏性边界单元.等效黏性边界单元能够较好的模拟地基的辐射阻尼效应,使黏性边界的实现更加方便.同时,为简化大型通用软件中地震波的输入,提出了适合于黏性边界条件下水平成层地基中垂直入射地震波的输入方法.该方法不需要借助其它辅助计算就可直接在各种大型通用有限元软件中用一个数值模型实现地震波动输入,具有很强的通用性.此输入方法极大的减少了地震波动输入的数据准备工作,降低了操作的复杂程度.数值算例表明,等效黏性边界单元及文中提出的地震波动输入是简单可靠的.     

考虑成层地基的黏弹性人工边界模型

为了将黏弹性人工边界条件用于成层地基模型的计算中,基于波动理论,推导了不同类型地震波的波幅比计算公式,采用延迟法考虑行波效应,完成了成层地基的自由场求解,得到了考虑地震波一次反射透射的等效荷载计算公式,最终建立了考虑成层地基的黏弹性人工边界模型。以SV波垂直入射为例,采用所建立的模型进行了重力坝的动力计算。结果表明,该模型满足工程抗震分析的精度要求,可以解决成层地基条件下,地震波垂直入射时考虑土-结构相互作用的结构动力分析问题。     

地震波斜入射下混凝土重力坝的塑性损伤响应分析

我国西南强震区建设有大量混凝土坝,复杂地形条件下地震波入射角度对混凝土坝动力响应影响较大,然而,目前相关研究以线弹性模型为主,在合理考虑坝体的真实破坏状态方面存在局限性。本文以Koyna混凝土重力坝为研究对象,建立三维非线性有限元分析模型,采用了基于黏弹性边界的地震波动输入方法,结合塑性损伤模型分别分析了地震P波和SV波斜入射下坝体的动力响应,并提出地震破坏评价模型对震后坝体损伤进行评估。研究表明,地震波入射角度及波型对坝体动力响应影响较大,P波入射下位移应力和损伤在60°时达到最大,SV波入射下在0°时达到最大,证明了考虑地震波入射角的必要性;采用塑性损伤本构结合损伤评价指标合理地反映了坝体破坏程度,并针对薄弱地区提出抗震设计改进。因此,在同类型工程的安全评价中应该综合考虑地震波斜入射和筑坝材料的非线性特征。     

粘弹性人工边界地震动输入方法及实现

进行结构-地基动力相互作用分析时必须考虑无限地基辐射阻尼效应，粘弹性人工边界方法由于其优越性而得到广泛应用，但对于外源地震作用下结构-地基体系的动力响应分析，还需要确定相应于粘弹性边界的地震动输入，目前一般转化为人工边界节点上的等效节点力处理，为此需要求解自由场位移、速度和应力，比较繁琐。本文首先对目前实现粘弹性边界的常用方法进行了总结。其次，对相应于粘弹性边界的地震动输入公式进行了详细的推导，使得自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解，简化了地震输入公式，并给出了地震动输入的简便实现方法。然后，基于ABAQUS软件，进行算例分析并和理论解进行了对比，验证了各种粘弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后，对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析，通过施加粘弹性边界并输入相应地震动，评价了无限地基辐射阻尼的影响。与无质量地基模型进行比较，结果表明坝体地震响应明显降低，故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。     

基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟

为了解决黏弹性人工边界在实际应用过程中前处理时间长、不易实现等不足之处,提出了基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟方法。利用单元矩阵等效原理,采用薄层单元构造了等效黏弹性边界单元,并通过在大型通用有限元软件MSC Marc中设置等效黏弹性边界单元的参数属性,实现了黏弹性人工边界的模拟。三维均匀弹性半空间算例和某混凝土重力坝工程实例结果表明:采用等效黏弹性边界单元得到的计算结果与理论解、基于黏弹性人工边界的计算值非常相近,相对误差不超过1%。因此,采用薄层单元的模拟的黏弹性人工边界具有足够的精度,且施加方便,这为实际工程进行抗震分析提供了简便且精确的方法。