震后裂缝危岩体诊断技术研究

震后山体结构破碎,崩塌频发,严重的制约着灾后重建工作。为此,从震后岩体实际结构状况出发,在分析诱发岩体崩塌的破坏性外力类型的基础上,借助断裂力学理论,通过合理建模,阐明了震后岩体崩塌的机理,给出了崩塌发生的条件,为震区可预知余震强度区的危岩体诊断和排查提供了技术支持。最后通过算例及分析表明：余震、降雨及其相互耦合作用是震后崩塌的根本动力;在特定外力下区内岩体裂缝发生扩展存在最小临界深度;外力耦合条件下裂缝失稳临界深度最小     

震后裂缝危岩体的失稳机理与诊断方法

震后山体结构破碎,崩塌频发,严重制约着灾后重建工作.从震后岩体实际结构状况出发,在分析诱发岩体崩塌的破坏性外力类型的基础上,借助断裂力学理论,通过合理建模,阐明了震后岩体崩塌的机理,给出了崩塌发生的条件,为町预知余震强度震区的危岩体诊断和排查提供了技术支持.最后通过算例分析表明:余震、降雨及其相互耦合作用是震后崩塌的根本动力;在特定外力下区内岩体裂缝发生扩展存在最小临界深度;外力耦合条件下裂缝失稳临界深度最小.     

裂缝冰胀力作用下高寒危岩体失稳破坏机理

高海拔极寒山体危岩的失稳崩塌是川藏山区最常见的山地灾害类型之一,但目前有关其力学机制还不清晰,难以很好地进行诊断和防治。为此,基于川藏高寒危岩体实际结构特征,借助岩石力学及断裂力学知识,构建了高寒危岩裂缝的冰胀力表达,分析了不同危岩体裂缝的断裂模式、启裂条件和扩展方向,并给出了扩展量的计算方法,明晰了高寒裂缝冰胀力诱发岩体崩塌的力学机制。最后算例分析表明,在环境升温幅度大于临界温升后,冰裂缝开始扩展,并最终在多轮季节性温度升降后贯通危岩体形成崩塌。     

山西稷王山砖塔地震动力响应及损伤分析

采用数值分析方法对山西稷王山古塔在不同地震作用下的破坏形态及损伤进行计算分析,为古塔的抗震加固提供依据,采用塑性损伤本构计算模型描述地震作用下砌体结构的损伤失效,给出古塔在不同调幅系数地震波作用下的位移形态,获得层间位移、加速度放大系数等地震响应数值,讨论了地震引起的损伤分布规律。结果表明,稷王山古塔整体刚度分布均匀,塔顶加速度放大系数最大,尽管古塔底部墙体厚于上部,但在地震作用下仍在底层首先出现受拉损伤,并随地震强度提高而向上扩展;应力云图显示,地震作用下古塔底层最大主拉应力区呈斜向上扩展形态,易使塔体形成斜向裂缝;古塔薄弱层为底部3层及顶层。     

形状记忆合金受弯杆的力学性能分析

以Brinson本构模型为理论依据,推导出任意截面形状的SMA杆在弯矩作用下横截面上的应力分布及马氏体百分数随截面高度变化的理论计算公式;对循环弯矩作用下杆件的耗能能力进行了分析,建立了完整的计算理论;并就等直矩形截面杆利用Matlab编制的程序进行了数值计算,得出了截面边缘最大应力和应变与外荷载弯矩的关系曲线、应力及马氏体百分数在截面高度上的分布曲线、耗能量与截面高度的关系曲线、耗能量与边缘最大应变的关系曲线,而且对这些曲线进行了讨论,认为SMA材料可以在结构振动被动控制中耗散由于弯矩荷载而引起的能量.     

8度地震烈度区新民隧道出口处边坡的稳定性

为预防地震导致的滑坡对道路的危害,保证交通的安全性,基于连续-非连续单元法,根据新民隧道出口高陡岩质边坡地质资料建立数值分析模型,采用数值模拟方法对该高陡岩质边坡进行地震作用下的稳定性分析。研究表明,该处边坡在自然状态下处于基本稳定状态,在地震作用下,坡体前部出现破裂,出现岩石掉落情况。针对破裂岩体,对不同加固方式下的边坡安全系数进行分析,模拟发现隧道上方倒悬体在地震作用后具有较高的破裂崩塌风险,需进行重点加固。     

带裂缝桥面铺装内部动水行为仿真模拟

为了解带裂缝桥面铺装在内部动水压力作用下的力学响应情况,采用LS-DYNA有限元分析软件,建立沥青铺装层内部饱水裂缝模型,施加车辆正弦动态荷载,对内部动水行为进行流固耦合仿真模拟分析.结果表明:车辆动载作用下,饱水微裂缝所受最大压、剪应力均位于裂缝尖端,而最大拉应力则位于裂缝周围;饱水裂缝尖端最大压、剪应力与车速和荷载水平都有很好的线性相关性,在120 km/h速度、1.5 MPa荷载水平下,X、Y向最大压应力和最大剪应力分别达到0.472、1.101、0.361 MPa,在如此大应力反复作用下微裂缝将迅速扩展,加速铺装结构破坏.导致沥青铺装层内饱水微裂缝扩展、恶化的最主要因素是车辆的超载,交通管理部门应严格限制超载超限车辆的上路.     

双向地震动的随机性对倾倒式危岩模糊可靠度的影响

危岩体在地震作用下极易发生崩塌灾害，为计算倾倒式危岩在双向地震作用下的稳定性，并探究地震动随机性对倾倒式危岩动力模糊可靠度的影响，通过结构动力学和随机过程理论对倾倒式危岩的动力响应进行了分析。首先，基于结构动力学理论建立了倾倒式危岩地震动力响应力学模型及其在两条主控面上的运动方程，分别采用Wilson-?法和虚拟激励法求解运动方程，建立了倾倒式危岩在确定性地震波和随机地震激励下动力响应计算方法。然后，基于极限平衡理论推导了倾倒式危岩在确定性地震作用下动力稳定系数计算公式，并将随机地震视为平稳随机过程，基于首次穿越破坏准则求解了倾倒式危岩在随机地震激励下地震力峰值响应的均值和方差，从而建立了危岩随机动力稳定性计算方法。最后，将倾倒式危岩失稳事件视为模糊事件，引入模糊失效准则并采用改进的Monte-Carlo法计算危岩体的模糊可靠度，建立了动力模糊可靠度快速计算方法，并分析了地震动随机性对模糊可靠度的影响。将本文方法应用到工程实例中，结果表明：考虑地震动随机性后倾倒式危岩的动力稳定系数和模糊可靠度分别增加了6.34%和22.83%，降低了危岩体的失效概率，且采用模糊失效准则计算得到的模糊可靠度更偏于工程安全。考虑地震动的双向性和随机性较好地判断了倾倒式危岩的动力稳定性，为危岩随机地震动力稳定性评价提供参考。     

临河岩质边坡地震抗倾覆稳定性拟动力分析

基于拟动力法推导出不同工况条件下临河岩质边坡地震抗倾覆稳定安全系数计算公式。通过参数分析,研究不同岩体放大系数下,水平和垂直地震力、张裂缝积水深度、边坡超载、锚固效应、流水淘蚀等对岩质边坡地震抗倾覆稳定性的影响,研究表明,不同工况下,张裂缝积水深度、水平地震力、流水淘蚀不利于岩质边坡地震抗倾覆稳定,但竖向地震力、锚固力、锚固高度、坡顶超载等有利于岩质边坡地震抗倾覆稳定;随着岩体放大系数的增加,水平地震力、竖向地震力对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响增大,坡顶超载、张裂缝积水深度、锚固应力、锚固高度、临河水位对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响减小,而锚固倾角、坡脚淘蚀高度对边坡抗倾覆稳定性的影响基本不变。     

混凝土轴拉试件裂缝亚临界扩展量简化计算方法

目前,轴拉试件断裂参数存在计算繁琐的问题。针对轴拉试件断裂研究,结合已有的试验数据,提出了计算轴拉试件裂缝亚临界扩展量Δa简化计算公式,免去了计算中反复迭代过程,从而大大简化裂缝亚临界扩展量Δa计算过程。对于轴拉试件可以较方便的计算双K参数,具有较高的精度。因此,简化方法在轴拉试件缝高比α=0.1～0.4范围内满足手算要求。     

钢框架节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量地确定荷载作用下钢框架梁柱节点焊缝应力强度因子的大小，提出了断裂力学与有限元分析相结合的方法.有限元分析采用ANSYS软件.判断焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子，应力强度因子通过积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂缝深度对梁柱节点焊缝应力强度因子的影响,所分析的参数还包括梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和焊脚尺寸.分别研究了梁上翼缘和下翼缘焊缝的应力强度因子随参数的变化情况.参数分析结果表明，梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂，应力强度因子与梁截面参数是增函数关系，与柱截面参数是减函数关系.最后，得出了应力强度因子计算公式.     

基于极限分析上限法的危岩体崩塌稳定性分析

极限分析上限法是从变形协调条件出发,通过建立优化的斜分条机动许可速度场,依据外力功率和内能耗散率相平衡的原理以此得到危岩体崩塌的稳定系数,该方法不仅在分析中充分考虑了自重、地震力和孔隙水压力等外力的影响,而且不受结构几何形状和复杂荷载情况的影响.利用上述极限分析上限法对大渡河某水电站岸坡存在的3种形式(倾倒式、滑塌式、坠落式)的危岩体进行了稳定性计算,得到了极限分析上限法稳定系数F,比较客观地反映了危岩体在各种工况下的稳定状况.     

复合荷载下简支梁的弹性弯扭屈曲

复合荷载作用下单向受弯简支梁的弹性临界弯矩对简支梁的稳定设计非常重要。文章基于总势能公式,围绕复合荷载作用下简支梁的弹性弯扭屈曲进行了研究,针对简支梁在复合荷载作用下的弹性临界弯矩计算公式适用范围有限的情况,通过采用瑞利—里兹法主要推导了单个集中荷载、满跨均布荷载和端弯矩单独作用以及组合作用下简支梁的弹性临界弯矩和对应参数的计算方法,并与现有的计算方法进行了对比分析。结果表明:推导的弹性临界弯矩计算公式在形式上与传统公式完全一致,但参数C1、C2、C3不再是简单荷载下的具体数值,而是通用计算公式,不仅可适用于简单荷载,也可适用于复合荷载;一系列的算例表明,文中所给公式的计算结果与传统计算方法所得结果最大偏差为5.5%,精度较高且适用范围广。     

钢筋砼迭合构件正常使用极限状态的计算

本文根据钢筋砼迭合式受弯构件的截面应力重分布,提出迭合构件在标准荷载下的纵筋应力σ_8、最大裂缝宽度 W_(max)及短期刚度 B_(82)的计算方法。     

浅埋偏压隧道洞顶上覆岩体安全厚度的确定

借助结构稳定理论中在均布荷载与集中力作用下的梁模型,建立了梯形荷载作用下的简支梁模型,并计算其挠曲线方程。将浅埋偏压隧道近似看成受梯形荷载作用下的简支梁,利用计算出的挠曲线方程计算出简支梁最大弯矩;由应力计算公式和强度条件,在弯曲应力不大于容许弯曲应力的条件下,可得到洞顶上覆岩体最小安全厚度。在浅埋偏压隧道开挖前,可通过最小安全厚度的计算判断设计的上覆岩体厚度是否符合安全要求,以避免工程事故的发生。     

一种基于拉-剪破坏的边坡动力稳定性分析方法

为量化地震作用下边坡的稳定性,优化矢量和方法并计算出相应动态安全系数,基于边坡在地震作用下的破坏模式:坡顶拉裂缝和坡脚剪切裂组合形成的贯通滑动面,推导出拉-剪破坏下矢量和法的安全系数公式,通过自编程序得到边坡潜在滑动面曲线和动力安全系数,并通过算例验证方法的正确性.针对岩质边坡,利用新、旧两种矢量和方法进行动力稳定性分析,结果表明:边坡潜在滑动面会随着地震持续时间向边坡内部走移;两种方法得到的安全系数趋势一致,但拉-剪破坏模式的下滑趋势角度更大;在拉-剪破坏模式下,边坡的安全系数有所降低,其中,边坡的综合安全系数降低了3%,说明原先的方法高估了边坡的稳定性.优化后的矢量和法能够更具体地反应出边坡在地震过程中的稳定状态,为抗震设计提供更加准确的理论指导.     

均布荷载作用下有约束钢梁的整体稳定

为补充现行钢结构设计规范(GB 50017—2003)中均布荷载作用下有约束钢梁的整体稳定计算方法,根据能量原理,应用Rayleigh-Ritz法,提出其临界弯矩的理论计算公式。与美国(AISC)和英国规范(BS5950)中任意弯矩作用下钢梁的整体稳定计算公式进行对比,结果表明:当均布荷载产生的弯矩贡献较大或钢梁为单轴对称截面时,两国规范公式因未考虑荷载作用位置及单轴对称截面对钢梁临界弯矩的影响而存在很大的误差,不再适用。提出的均布荷载作用下有约束梁整体稳定计算公式与有限元计算结果吻合良好,可用于验算此类钢梁的整体稳定,为现行钢结构设计规范提供理论依据。     

地铁隧道消防通道变截面处的地震影响分析

采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX,以成都某地铁隧道为背景,对主隧道与消防通道连接的变截面处的地震反应特性进行数值模拟,分析在截面变化处,地下结构的地震响应。计算结果表明:在成都地铁场地人工地震波作用下,应力主要集中在上部混凝土板与垂直支撑柱的连接处;常遇地震时主要表现为结构的整体位移,自身变形较小;偶遇地震时变截面应力最大节点可能会有开裂现象;罕遇地震时地铁隧道围护由压应力转变为拉应力,应力值最大节点非常接近于混凝土的拉伸屈服,需要对相对位移较大的节点做加固措施。     

斜坡危岩体崩塌运动的数学模型及工程应用

崩塌是"5·12"汶川地震诱发的主要次生地质灾害之一,在对灾区村镇大量崩塌体现场调查的基础上,将崩塌危岩体的运动过程分为自由落体、弹跳和滚动3个阶段,建立了各阶段运动过程的数学模型.以灾区九寨沟杨家岩崩塌体为例,计算了危岩体的运动速度、滚动距离和冲击力,为灾后重建中崩塌体的治理提供了依据.     

大跨度箱型截面桥梁施工有限元模拟与分析

箱型截面因体积大,施工质量难于控制,内部常出现部分微裂缝现象.通过采用Midas软件对桥梁的施工阶段各种荷载组合工况进行分析,得到在各荷载组合工况下的承载能力包络图.分析表明,在不同荷载工况组合下,截面应力相差较大,上下边缘出现拉压互换,截面应力应作为施工监控重点,并提出应变监控的关键部位与方法及测量数据采集技巧.