圆弧形沉积河谷场地在平面SV波入射下的动力响应

利用Fourier-Bessel级数展开法在频域内给出了圆弧形沉积河谷场地在平面SV波入射下动力响应的一个解析解,并分析了河谷宽度、河谷深度、入射波长和入射角度等因素对动力响应的影响。     

圆弧形层状沉积河谷场地在平面SH波入射下动力响应分析

利用Fourier Bessel级数展开法在频域内给出了圆弧形层状沉积河谷场地对平面SH波放大作用的一个解析解 ,并利用该解分析了河谷中沉积土层排列顺序对放大作用的影响     

饱和度对平面P波入射下自由场地地震反应的影响分析

场地土的特性是影响场地地震反应的重要因素。以往自由场地震反应分析中常假定场地土为单相介质或两相饱和多孔介质,而在实际工程中,常会遇到非饱和土的相关问题。目前对非饱和土波动特性的研究尚处于起步阶段,关于土体饱和度的变化对自由场地地震动的影响亦只针对准饱和土(饱和度Sr≥90%)的情况。为研究Sr90%时,饱和度变化对自由场地地震动的影响,建立了非饱和土自由场地地震反应分析模型,在现有的非饱和多孔介质波动方程的基础上,对平面P波入射情况下场地中的波场进行分析,根据场地边界条件,求得到平面P波入射情况下非饱和土自由场地地震地面运动的解析解答,通过计算,系统地分析了入射角度、频率、土层刚度、孔隙率不同时,土体饱和度变化对非饱和土自由场地地震地面运动的影响,得到了非饱和土自由场地地震反应的一般规律。     

关于场地和地基地震效应评价的若干问题探讨

针对现行《建筑抗震设计规范》中有关场地地段的划分、覆盖层厚度及场地类别的确定、饱和土液化判别等若干岩土工程问题进行了探讨,并结合工程实践经验,提出了合理的观点或建议,供同行们探讨,也为岩土工程师在场地和地基地震效应评价时作参考借鉴。     

斜入射作用下地震场地动力反应分析

应用一维化算法和人工边界节点的集中质量运动方程,将地震波动问题转化为波源问题。采用MATLAB语言,编制了将斜入射地震动场转化为施加于人工边界节点上的等效荷载,实现了波动的有效输入。利用编制的程序分析地震波斜入射时软土对地面运动峰值的影响,利用有限元程序ANSYS和根据波动输入程序,分析了地震波斜入射时河谷地形对地面运动峰值的影响。结果表明:软土层的存在会增强对地面运动峰值的放大作用。河谷地形对地震动具有放大效应,随着入射角度的增大,对应河谷地形的放大系数有所变化。     

近场地震作用下深水桥墩的地震响应分析

近场地震以具有较大的PGV／PGA值及明显的速度脉冲为主要特征,本文分析了不同类型的近场地震对深水桥墩地震响应的影响;采用Morison方程的基本理论,将水视为附加质量,利用有限元方法来分析动水压力对深水桥墩地震响应的影响。通过计算分析得出：具有较大PGV／PGA值的近场地震波会引起桥墩结构较大的地震响应;动水压力对桥墩结构的地震响应有显著的影响,同时近场地震的速度脉冲效应会进一步增大动水压力对深水桥墩地震响应的影响;在矩形深水桥墩设计中,要考虑截面形状效应的影响,选择合适的D／B值。     

饱和层状场地中任意凹陷地形对入射P波的散射

采用Biot理论的基本模型,利用间接边界元方法在频域内求解了层状饱和场地中任意凹陷地形对入射P波的散射。利用精确的土层动力刚度矩阵进行自由场反应分析,求得假想边界上各点的位移和各单元的应力响应;同样计算虚拟分布荷载的格林影响函数,求得位移和应力响应;根据边界条件确定虚拟分布荷载,最终得到问题的解答。结果可退化为干土结果并进行了对比。通过算例,研究了饱和层状场地中凹陷地形入射P波的散射,并与相应干土结果进行了对比。研究表明:入射角度、入射频率和参数b对层状饱和场地的地表位移均有重要影响,与相应干土场地结果差别显著。说明了层状模型的合理性,以及利用层状模型分析的必要性。     

横观各向同性层状场地受垂直圆盘状简谐荷载时的响应分析

 采用横观各向同性层状粘弹性模型模拟半空间之上的层状场地, 用阻尼器取代其下部半空间以吸收振动能量。利用作者所推导的环形荷载作用下横观各向同性层状场地位移响应公式, 将它们沿径向进行积分, 给出了横观各向同性层状场地对圆盘状简谐荷载位移响应的一般形式, 并举例说明一些参数及底面边界条件对这些响应的影响。     

弹性饱和多孔介质在非轴对称荷载下的稳态动力响应

应用Fourier展开和Hankel变换 ,求出了弹性饱和多孔介质Biot方程在非轴对称情况下的级数解。首先把饱和多孔介质固体骨架位移和孔隙流体压力用级数展开 ,建立了级数系数函数满足的微分方程组 ;然后把未知函数按一定方式进行组合 ,使方程组进一步简化 ;再应用Hankel变换把关于两个变量的微分方程组转化为只有一个变量的微分方程组 ;最后解微分方程组 ,得到了有关函数的Hankel变换。接着 ,以Biot方程在非轴对称情况下的Hankel变换解为基础 ,给出了饱和多孔介质总应力分量和孔隙流体相对于介质骨架位移的Hankel变换表达式。作为特例 ,在文章的结尾部分还应用Biot方程的解得到了半空间弹性饱和多孔介质分别在表面非轴对称竖向简谐荷载和水平简谐荷载作用时的稳态动力响应。所有这些结果都对研究饱和多孔介质的动力响应特性和有关工程领域有一定意义。     

非均质无限地基上高拱坝的动力响应分析

地震作用下拱坝-无限地基的动力相互作用将对拱坝的地震响应产生重要影响。虽然很多学者曾经提出过各种相互作用的计算模型,但是绝大多数都是基于均质地基或有限地基假定的。利用比例边界有限元方法能够方便地模拟非均质无限域的优点,研究非均质无限地基对双曲高拱坝动力响应的影响。拱坝、地基和库水都利用比例边界有限元方法模拟,从而减少大量的计算量。在假定地基弹性模量随深度按指数变化的前提下,分析研究210 m高的大岗山双曲拱坝分别坐落在无质量地基、均质无限地基和非均质无限地基3种情况下的拱坝加速度频响曲线。通过与刚性较大的重力坝结构对比发现,无限地基的远场非均质特性对拱坝的动力响应影响较小。这是因为与重力坝不同,双曲高拱坝坝体与坝基之间的连接相对较为柔性,所以远场地基刚度变化对拱坝地震响应的影响较小。经进一步对近场地基刚度变化的分析发现,近场地基对拱坝地震响应产生一定影响。分析结果具有普遍意义,对强震区的高拱坝建设可以提供重要参考。     

平面Rayleigh波入射下饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的动力响应

基于Biot波动理论,采用Fourier-Bessel级数展开法,建立了平面Rayleigh波入射下,饱和土中浅埋隧道复合式衬砌的散射力学模型,求解了频域内复合式衬砌的动应力集中系数、孔压集中系数的解析解,通过参数化分析,研究了Rayleigh波在不同入射频率作用下,内衬和外衬的刚度比、厚度比、隧道埋深等因素对复合式衬...     

饱和土沉积谷场地对平面Rayleigh波的散射

把沉积谷软土场地用饱和多孔介质的Biot动力学理论模拟,周围的场地用单相介质弹性动力学理论模拟,利用波函数展开法,给出具有饱和土沉积层的沉积谷对Rayleigh波散射问题的解析解。通过数值计算,分析了入射波波长、沉积谷的高宽比、沉积层的软硬(利用波速描述其软硬)对地面运动的影响。     

Centrifuge experiment and numerical analysis of an air-backed plate subjected to underwater shock loading

In this study, systematic centrifuge experiments and numerical studies are conducted to investigate the effect of shock loads due to an underwater explosion on the dynamic responses of an air-backed steel plate. Numerical simulations with three different models of pressure time history generated by underwater explosion were carried out. The first model of pressure time history was measured in test. The second model to predict the time history of shock wave pressure from an underwater explosion was created by Cole in 1948. Coefficients of Cole’s formulas are determined experimentally. The third model was developed by Zamyshlyaev and Yakovlev in 1973. All of them are implemented into the numerical model to calculate the shock responses of the plate. Simulated peak strains obtained from the three models are compared with the experimental results, yielding average relative differences of 21.39%, 45.73%, and 13.92%, respectively. The Russell error technique is used to quantitatively analyze the correlation between the numerical and experimental results. Quantitative analysis shows that the simulated strains for most measurement points on the steel plate are acceptable. By changing the scaled distances, different shock impulses were obtained and exerted on the steel plate. Systematic numerical studies are performed to investigate the effect of the accumulated shock impulse on the peak strains. The numerical and experimental results suggest that the peak strains are strongly dependent on the accumulated shock impulse.     

Assessment of an equivalent porous medium for coupled stress and fluid flow in fractured rock

The equivalent porous medium (EPM) for coupled stress and fluid flow in fractured rock was assessed. The assessment was focused on the contributions of the seepage-induced force to the system's equilibrium and deformation as well as fluid flux through the fractures, with the special emphasis on the inter-relations among these three aspects. Seepage-induced average stress was calculated for the EPM. And it was proved, with respect to the fluid flow system (FFS) proposed by Long et al. [Long JCS, Remer JC, Wilson CR, Witherspoon PA. Porous medium equivalents for networks of discontinuous fractures. Water Resour Res 1982;18:645–658], that the equivalence of the equilibrium contribution of the seepage-induced force is unconditionally satisfied in the EPM. The equivalence of fluid flux and seepage-induced deformation was evaluated using numerical techniques based on the FFS, in which the seepage-induced deformation was considered as ‘tensile’ deformation under fluid pressures. The numerical simulation results of the two cases suggest that the EPM established in terms of fluid flux based on the FFS guarantees equivalence of coupled stress and fluid flow. Also, the numerical simulation results indicate that the percolation theory can not be applied to a system with fractures of remarkably different size and hydraulic conductivity.     

在地震波作用下地下连续墙的动力响应

采用有限元-无限元耦合法分析在地震波作用下地下连续墙与场地土相互作用的动力响应。子结构法的应用有效地解决了有限元-无限元的耦合问题。通过实例分析了El Centro波作用下地下连续墙在场地土中的动力响应,讨论了场地土层性质、厚度以及夹层属性对连续墙动力响应的影响,对地下连续墙的抗震设计具有参考价值。     

地冲击荷载作用下等跨正交洞室动力响应研究

交叉洞室是地下防护工程常见的结构形式,它的安全稳定性能直接控制着整个防护工程的服役性能。通过数值模拟方法研究了典型等跨正交洞室在地冲击荷载作用下交叉区域的动力响应。研究表明,相同荷载、埋深和跨度条件下,交叉洞室的变形和破坏范围明显大于单向洞室;随着地冲击荷载峰值的增加,衬砌直墙交叉部位逐渐形成两个中心对称的V型相交塑性带,且衬砌拱脚和直墙底部逐渐屈服;随着洞室跨度的增加,交叉部位拱顶沉降量增量和圆拱最大质点速度逐渐增加,跨度较小时破坏主要集中在直墙部位,跨度较大时破坏主要集中在拱顶部位;地下洞室交叉部位的影响范围长度为距离交叉中心1.6倍的洞室跨度,交叉部位拱脚和直墙底部是受力薄弱部位,建议局部加厚支护,提高洞室的稳定性。     

移动简谐荷载作用下饱和土体中圆形隧道和轨道结构的动力分析

采用解析法研究了移动简谐荷载作用下饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构的动力响应,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成周期性的两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例分析了荷载移动速度、自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响,对比了连续浮置板轨道和离散浮置板轨道的动力特性。结果表明:离散浮置板轨道情形下,轨道结构和饱和土体响应频谱中存在由荷载周期通过不连续浮置板而引发的参数激励;荷载自振频率接近轨道结构固有频率时产生共振,对轨道结构和饱和土位移、孔压响应均有较大影响;离散浮置板轨道和连续浮置板轨道动力特性有显著差异,当荷载频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,二者对应的自由场响应区别明显;增大衬砌厚度可以显著减小饱和土位移响应。     

飞机荷载作用下非均匀道基动力响应分析

针对山区机场道基沿跑道方向挖填交替的特点,通过沿跑道横向Fourier变换,提出适用于飞机移动荷载作用下山区机场跑道动力响应分析的半解析有限单元法,导出相应的有限元列式,编制有限元分析程序,通过算例验证方法及程序的正确性。分析单轮荷载移动速度、机场道面结构形式以及挖填交替非均匀道基形式对道基土体动应力的影响。结果表明：道基土体动应力路径呈蛋形,各动应力分量的峰值小于单轮静压力的2%;随着荷载移动速度加快,土体动应力路径逆时针偏转,动应力峰值和影响深度明显增加;与刚性道面结构相比,柔性道面结构下土体动应力沿跑道纵向和横向衰减快,但动应力峰值和影响深度更大;挖填交替界面附近土体动应力集中,集中系数达约1.4。     

移动荷载作用下层状正交各向异性地基平面应变问题动力响应

基于移动谐振荷载作用下单层正交各向异性地基的平面应变问题的动力方程,通过Fourier变换,引入状态向量,推导了直角坐标系下单层正交各向异性地基的传递矩阵,建立层状正交各向异性地基平面应变问题计算模型,利用传递矩阵方法,结合层间接触条件和连续条件,求得了直角坐标系下正交各向异性层状地基任意深度处的平面应变问题的位移和应力解析表达式。基于推导的理论方法,编制了相应的计算程序,验证了单层正交各向异性土体的计算结果,算例分析土体的分层特性和正交各向异性性质对土体变形的影响规律。研究结果表明:忽略土体的分层特性和上层土体的正交各向异性,不能准确描述地基的动力特性。