基于反应谱法的胶凝砂砾石坝地震反应有限元分析

为了评价云南省内某胶凝砂砾石坝的抗震安全性，采用反应谱法对大坝开展地震动力反应计算，获得大坝动位移、加速度和动应力分布规律。计算表明：大坝在Ⅷ度地震作用下，动位移和加速度反应分布符合一般规律，其中三向动位移极值分别为0.41 cm、0.15 cm和0.14 cm,三向加速度极值分别为9.18 m/s²、6.02 m/s²和4.47 m/s²。静动叠加后，大坝顺河向、竖向和坝轴向拉应力极值分别为0.75 MPa、2.00 MPa和0.58 MPa,顺河向、竖向和坝轴向压应力极值分别为-2.53 MPa、-1.65 MPa和-2.79 MPa,拉应力和压应力极值均小于相应筑坝材料的抗拉和抗压强度。总体上，大坝地震反应规律性好，抗震安全高，地震作用下坝体不会出现动力破坏问题。     

大渡河摩岗岭地区不同坡体地震动响应研究

大渡河河谷摩岗岭地区为地震高发区,采用FLAC~(3D)软件对该地区三维地质模型进行模拟计算,结合3个监测点的实测数据,研究了该地区不同坡体地震动的响应。结果表明:以海拔最低的3号监测点为参考,河流右岸1号监测点水平SN向地表峰值加速度(PGA)的放大系数达到最大值4.43,数值模拟值为3.50;河流左岸5号监测点地震波的放大系数较右岸明显偏低,实测PGA放大系数2.94,数值模拟结果为1.54。同时数值模拟得出河流右岸坡体随着高程的增加PGA不断增大,在山脊顶部达到最大;而在河流左岸,PGA遵循先增大后减小的规律。研究表明,该地区不同坡体形态对地震动响应也不同,大渡河右岸单薄山脊对地震波放大效应明显高于左岸浑厚山体。     

胶凝砂砾石坝坝体和井廊系统的静动力安全性研究

采用三维有限元法，对某胶凝砂砾石坝开展静、动力结构计算，重点分析了坝体和井廊系统的动位移、加速度和动应力分布规律。结果表明：坝体动位移、加速度和动应力反应分布符合一般规律，其中顺河向、竖向和坝轴向动位移极值分别为0.29 cm、0.13 cm和0.08 cm,顺河向、竖向和坝轴向加速度极值分别为5.88 m/s²、4.53 m/s²和2.71 m/s²,静动叠加后的坝体第一主应力最大值为1.20 MPa,第三主应力最小值为-1.78 MPa,均小于相应材料的抗拉和抗压强度，因此大坝满足强度要求。静力条件下，井廊道系统的拉应力和压应力极值均小于相应的规范允许值；地震作用下，竖井和廊道局部区域出现较大的拉、压应力，其中瞬时动拉应力超过混凝土的动抗拉强度，通过加强井廊系统的局部配筋，总体上能够满足安全运行的要求。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

黄土场地地震动力响应及变形分析

基于甘肃平凉大寨乡典型黄土塬地质构造为研究背景,以大型振动台试验方法获得的原始数据为依据,分析了加速度响应特征、频谱和反应谱变化,揭示了该黄土场地地震动反应特性,结合数值仿真模拟方法,对比了该黄土场地在单一地震荷载和累计地震荷载作用下加速度响应特征和位移变化特征。结果表明:黄土场地峰值加速度（ＰＧＡ）和ＰＧＡ放大系数与高程呈正相关性,ＰＧＡ放大系数随地震动强度增大呈递减趋势;随着高程的增大,该黄土场地卓越频率缓慢向低频方向移动,卓越频率与输入地震动强度呈现负相关性;随着覆盖层厚度的增加,加速度反应谱峰值和特征周期先增加后减小,地震动强度增大时,特征周期向长周期方向偏移,幅值成倍增大;多烈度累计荷载作用对黄土场地的ＰＧＡ放大系数影响较小,对水平位移的影响较为明显,抗震设计时应予以考虑。     

强震区某沥青混凝土面板堆石高坝抗震安全性分析

采用三维非线性有限元法,对Ⅷ度强震区某拟建抽水蓄能电站坝高161 m的上库高沥青混凝土面板堆石坝开展静动力应力变形计算。结果表明：静力条件下大坝变形分布规律合理,蓄水期坝体水平位移和沉降量极值分别为62.64和151.85 cm,面板拉应变极值为0.56%;在Ⅷ度设防地震作用下,坝体顺沟谷向、坝轴向和竖向动位移极值分别为22.88、21.90和13.76 cm,加速度极值分别为12.31、12.26和12.14 m/s²,震后坝顶震陷极值为30.01 cm,震陷率为0.19%;在面板反弧段和挖填交界处为拉应变峰值区,极值为0.85%。综合评价大坝整体安全性能良好,地震时不会出现重大安全问题。     

RBF神经网络模型在砂土液化判别中的应用研究

以时松孝次收集的砂土液化数据为研究对象,选取黏粒含量ρ_c、相对密实度D_r、临界深度d_s、竖向有效应力σ′、地下水位d_w、地震震级M、最大地面水平加速度α_max和标准贯入次数SPT-N等8个砂土液化的主要影响因素作为RBF神经网络的输入参数,利用MATLAB7.0中的神经网络工具箱,对部分样本数据进行训练和测试。并利用建立的RBF神经网络模型分析了各因素对砂土液化的影响规律。结果表明：砂土液化判别指标随α_max的增加而增大,随SPT-N和d_w的增加而减小。研究成果表明,建立的RBF网络模型完全满足砂土液化判别的精度要求,能够精确模拟输入和输出之间复杂的非线性映射关系,具有较高的预测精度,具有重要的工程应用价值。     

地震作用下双级加筋土挡墙的动力响应研究

为了研究汶川地震中一处双级加筋土挡墙的破坏机理,利用FLAC^3D有限差分软件进行动力分析;在此基础上,研究平台宽度的变化对双级加筋土挡墙抗震性能的影响。数值结果表明:汶川地震中,平台位置产生过大的水平位移和竖向位移是该双级加筋土挡墙发生局部破坏的原因;地震作用下,墙顶处水平位移最大值与不同的平台宽度之间呈非线性关系,上级挡墙的水平位移最大值随平台宽度的增加先减小后增大,而下级挡墙的水平位移最大值则随平台宽度的增加先增大后减小;增大平台宽度可以减小下级挡墙面板附近填土的竖向位移;在低烈度时,平台宽度对峰值加速度(Peak Ground Acceleration, PGA)放大系数影响较小;在高烈度时,平台宽度对PGA放大系数影响较大。因此通过设计合理的平台宽度能提高双级加筋土挡墙抗震性能。     

四川泸定Ms6.8级地震大岗山特高拱坝变形特征分析

大岗山双曲拱坝坝高210 m,坝址位于鲜水河、安宁河和龙门山三条断裂带交汇处附近,其抗震设防加速度为557.5 cm/s²,是世界上抗震设防标准最高的高拱坝。在泸定Ms6.8级地震中,大坝强震监测系统记录到了完整的地震波形,且顺河向最大峰值加速度达到586.63 cm/s²,是目前国内已建200 m级高拱坝中唯一经历近场强震考验的大坝。依据大坝震后变形宏观现象和监测原观数据,对大坝坝体与地基系统变形进行了分析。结果表明：震后大坝整体向下游变形,径向位移增量在-1.53~20.04 mm之间,弦长拉伸增量在15.27~23.50 mm之间,大坝横缝在地震过程中存在开合过程,低高程横缝存在一定残余张开,增量在-0.08~0.46 mm之间,变形整体协调。同时,大坝左右岸坝肩、坝基置换块、大坝与基础等部位存在一定的残余错动,这是导致大坝产生较大残余变形的主要原因,但大坝坝体本身仍处于弹性工作状态,最终在新的平衡位置上保持稳定,表明大岗山拱坝经受住了本次强震考验。相关成果可为震后大坝安全评估、高拱坝抗震设计及研究提供参考。     

某高面板堆石坝地震反应特性分析

针对高面板堆石坝的结构特性,采用三维非线性有限元技术,对大坝的地震反应特性及抗震安全性进行计算分析。动力计算中坝体材料及覆盖层按照等效线性黏弹性模型考虑围压效应进行模拟,混凝土面板动力计算分析采用线性弹性模型,并依据考虑围压效应的残余体应变及残余轴应变的动应力-残余应变模型对某高面板堆石坝进行坝体地震工况下永久变形计算。计算结果显示:顺河向最大永久变形为15cm,竖直向最大永久变形为49cm,均发生坝顶位置,地震引起的竖向变形为坝高的0.4%;三维动力参数敏感性分析表明,堆石体的水平绝对加速度反应极值为9m/s~2,最大放大系数为4.2,堆石体、面板最大地震反应位于坝顶局部位置,存在明显的鞭稍效应,但坝体地震反应的分布规律一致,坝体及面板抗震安全性较好。     

桩长对桩与桩相互作用影响的试验研究

为明确桩长对静压沉桩全过程中桩与桩之间相互作用产生影响的机理,通过室内模型试验,在中密实砂土中以2倍桩径为间距沉入双桩,研究了桩长对端阻力、卸除顶压后的桩周土压力以及双桩承载力特性的影响。结果表明:沉入过程中先沉桩和后沉桩的压入端阻力均随沉桩深度的增加而近似线性增大,当桩长(沉桩完成后沉入的总长度)为600 mm时,后沉桩仅比先沉桩的端阻力高0.2%左右,即此深度处2根桩的压桩端阻力基本达到极值;后压桩沉入前先沉桩的桩周土压力为后沉桩的90%左右,而后沉桩卸除顶压后先沉桩的桩周土压力总体为后沉桩的2~3倍,且随土压力盒埋深的增加而增大;相同深度桩周土压力均随桩长增大而降低;单桩试验时桩体极限承载力略高于先沉桩极限承载力2%~5%,提高的幅度随桩长增加而降低;不考虑桩间土作用双桩系统极限承载力约为单桩试验时极限承载力的2倍。研究成果对于进一步明确桩与桩相互作用机理和改善双桩承载力特性等均具有重要的工程意义。     

基于HYDRUS-1D模拟的降雨入渗条件下VG模型参数敏感性分析

为了定量描述土壤水力参数变化对HYDRUS-1D模型输出变量10 cm层土壤水分动态分布、累积入渗量及湿润锋运移距离的影响,分别对HYDRUS-1D模型中的VG模型的5个土壤水力参数进行单因素扰动,采用修正的Morris筛选法分析降雨入渗条件下各土壤水力参数的敏感性。结果表明:模型参数的敏感性并不是一成不变的,针对不同的输出结果,参数敏感性随时间变化规律不同,根据研究需要确定参数敏感性区间对简化试验工作具有重要意义;边界条件也是影响模型参数敏感性的重要因素之一;对于不同的受影响研究对象,5个参数的敏感性不同。因此在应用模型模拟时,应该确保高敏感性参数的准确性及边界条件的真实性。     

成层状堆沉积土石混合体的结构量化表征及其应用

第四纪浅表堆沉积土石混合体广泛分布于地表,从结构特征研究其力学特性是解决日益复杂的岩土工程问题的有效途径之一。目前,土石混合体结构的量化主要从密度、含石量、孔隙比等宏观指标间接描述,而微细观的结构指标存在尺度间关联的技术瓶颈。为了更好地研究土石体堆沉积结构对土石混合体力学行为的影响,针对堆沉积演化的成层状特征,采用标准差量化其块石分布形式,借鉴综合结构势理论,将均匀与不均匀土石混合体三轴剪切试验偏应力的比值定义为结构参量m_s,分析该参量随轴向应变ε₁、不均匀度s及围压σ_3c的变化规律,得到其量化表达式,并引入双屈服面弹塑性本构模型进行修正应用。结果表明:m_s的变化规律能够较好地体现成层状结构特征对土石混合体力学行为的影响,且土石混合体综合结构势在应变为5%时接近完全释放,特征值m_s(5%)几乎能完全反映结构对力学特性的宏观影响;同时,引入m_s后的修正本构模型在偏应力精度方面减小了约28%的平均误差,能够更合理地反映成层状土石混合体的宏观力学特性。     

坡体表面点转动方位测定仪的研制及其应用

坡体表面点转动方位能有效揭示滑坡变形演化过程,为此自主研发了坡体表面点转动方位测定仪,实现了点转动方位定量测量.同时,构建黄土滑坡物理模拟试验,分别在滑坡体后缘、中部以及前缘地表布设2个测定仪.试验过程中采用连续长时的灌水方式来模拟灌溉水入渗对边坡变形的影响,进一步揭示了滑坡孕育过程中多点转动方位响应特征变化规律.试验...     

库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响分析

为研究库水位升降对堆石坝心墙的水平变形影响,将土石坝心墙类比为竖直悬臂梁,上游侧受到上游坝壳不均匀的分布土压力和随时间变化的水压力,下游侧也同理受到下游坝壳相应土压力和水压力。研究表明库水位上涨导致心墙发生向下游转动趋势,上游土压力逐渐减小,下游土压力逐渐增大,当二者分别达到主动土压力和被动土压力的极限状态时,土体即将产生滑动,定义此时的心墙挠度为理论心墙稳定挠度f_s;若心墙实际水平位移量大于f_s,则可以大致判定心墙两侧土体发生了相对滑动,可能导致产生局部纵向裂缝趋势。假设土石坝加固工程中采用的混凝土防渗墙的工况和条件类似,研究成果可直接应用于水平变形量计算并简单评估安全性。     

地下连续墙与止水帷幕共同作用下富水砂层深基坑变形性状

研究富水砂层地下连续墙深基坑变形特性对深基坑工程实践具有重要指导意义。以某车站地下连续墙深基坑工程为依托,通过数值模拟和现场实测方法研究降水渗流作用下富水砂层地下连续墙深基坑施工变形性状及其影响因素。研究结果表明:地下连续墙水平位移曲线分布随开挖深度加深由“斜线”形—“弓”形—倒“V”形演变,墙体最大水平位移U_x,max及其位置深度H_x,max与开挖深度h_e符合线性关系,最大水平位移约为(0.048%～0.082%)h_e,其深度位置约为(0.60～1.20)h_e;地表竖向位移曲线分布沿横向水平距离呈凹槽形,沉降槽随开挖深度增加而变宽、加深,沉降变形显著影响区为(1.0~1.5)h_e,距坑边(1/3~1/2)h_e处地表沉降最大;考虑地下连续墙与止水帷幕共同作用的富水砂层深基坑变形与实测结果更为吻合,且帷幕隔水和挡土作用对基坑变形影响显著;地下水位上升、砂层厚度加深均引起墙体水平位移和地表竖向位移增大,当风化砂岩层渗透系数较大时,渗透系数增加对坑外地表竖向位移的影响较墙体水平位移显著,合理的止水帷幕深度及间距参数有利于控制基坑变形和保持稳定性。     

基于HI应变计的首次断裂带岩体地应力监测

采用空心包体(HI)应变计进行了首次断裂带岩体应力监测试验。在深埋隧洞施工开挖期,选择合适部位进行了大直径钻孔,利用对中装置、采用水泥净浆灌浆方式将HI应变计埋设在钻孔孔深24 m部位,建立了基于惠斯通电桥半桥测量的云监测系统。确定了只采用水泥净浆和HI材料弹性参数进行修正系数计算,通过分析监测数据规律确定应变计算初始时间后进行了三维应力增量计算。结果显示:以2021年9月16日为初始计算日期、在时段4和时段5期间的应力增量计算结果的第一主应力(σ₁)的范围为10.3~15.0 MPa,方向为缓倾角W向;第二主应力(σ₂)的范围为3.1~4.6 MPa,方向为陡倾角NEE至SEE向;第三主应力(σ₃)的变动范围为0.2~1.8 MPa,方向为缓倾角近S向;最大水平主应力(σ_H)和最小水平主应力(σ_h)分量的变动范围分别为10.1~13.9 MPa和0.2~1.8 MPa,最大水平主应力方向(α_H)为近EW向。结果讨论显示:通过监测数据规律分析确定的计算初始时间更具合理性;HI应变计应力监测受多因素影响,包括开挖应力扰动影响和一次监测洞段的应力和变形调整影响;本试验所得最大水平主应力量级及其方向与已有地应力试验结果接近,监测结果反映龙蟠-乔后断裂带的应力场特征。     

Cu2+污染红黏土抗剪强度与电阻率关系研究

为了探索快速评价重金属污染红黏土强度特性的新型手段,在室内开展不同浓度、不同干密度的Cu²⁺污染红黏土的直剪试验及其电阻同步测试试验,得到土体剪应力、电阻率-剪切位移同步变化曲线;分析初始干密度、垂直压力、Cu²⁺浓度对抗剪强度、电阻率的影响;依照抗剪强度指标(C、φ)原理选取电阻率指标(ρ₀、φ₀),并分析Cu²⁺浓度对抗剪强度指标(C、φ)、电阻率指标(ρ₀、φ₀)的影响;以Cu²⁺浓度为中间变量,进一步探讨抗剪强度与破坏电阻率、抗剪强度指标(C、φ)与电阻率指标(ρ₀、φ₀)之间的定量关系。试验结果表明:Cu²⁺污染红黏土剪应力-位移曲线呈典型的应变硬化型,电阻率随剪切位移的增大而减小;抗剪强度随初始干密度、垂直压力的增大近似线性增大,而电阻率随初始干密度、垂直压力的增大近似线性减小;抗剪强度及其指标(C、φ)、电阻率及其指标(ρ₀、φ₀)与Cu²⁺浓度间均呈负指数函数关系;抗剪强度与破坏电阻率、黏聚力与初始电阻率、内摩擦角与电阻率关系曲线倾角间的变化趋势一致,均呈现出较好的指数函数关系,可用于快速评价Cu²⁺污染红黏土强度特性变化。     

非线性条件下加筋土边坡上限法的研究

大量的工程实践证明,岩土材料的屈服条件呈现非线性,且越是高地应力地区这种趋势越明显,但目前基于非线性的加筋土边坡稳定性分析的研究还较少。采用非线性摩尔-库伦屈服条件,以极限分析上限法为基础,研究边坡稳定性问题。引入新的强度参数c_t和φ_t,以对数螺旋线为破裂面对非加筋土和加筋土进行研究,推导了非加筋土坡稳定性系数N_s、安全系数F、非加筋土极限坡高H₁和加筋土坡极限坡高H₂的计算公式。在算例中采用MatLab程序进行计算,得出了较好的结果。总结了非线性参数m对抗剪强度指标参数c_t和φ_t的影响,即随着m值的增加,φ_t值逐渐减小,而c_t的值则先增大后减小;同时也得出了当其他条件不变时坡角β越大,边坡的极限坡高H越小的结果。