基于R-N非线性疲劳损伤累积模型的砂土震陷计算方法

构造不同加载次序的阶跃荷载进行应变控制循环单剪试验,并基于R-N模型与传统P-M模型进行土体材料损伤计算,对比分析计算值与试验值,验证R-N模型的有效性;基于R-N模型既能考虑荷载幅值和加载次序的特征,根据R-N非线性疲劳累积损伤理论推导并建立砂土震陷计算方法;利用GCTS测试系统对美国Filter净砂展开研究,进行404组剪应变控制动循环单剪试验,考虑荷载幅值、上覆荷载、砂土特性及地震动特性等影响,测定模型参数,并建立模型参数回归模型;同时,进行202组不同特性的真实地震荷载输入剪应变控制动循环单剪试验,测定不同工况下的砂土试样在地震荷载作用下引起的竖向变形;最后,将基于本文方法预测的砂土震陷时程曲线和累积值与试验值对比分析,验证了该方法的正确性。     

地震荷载特征及其对砂土震陷影响试验研究

介绍美国最新一代动循环单剪系统的组成及其特点,分析原始真实地震荷载的输入方法,并对真实地震荷载的输入有效性进行验证。以美国Filter净砂为对象,选择冲击型与振动型地震波作为试验输入荷载,考虑砂土相对密度、上覆荷载,设计不同试验工况研究地震荷载特征及其对砂土震陷的影响,共计试验组数202组。试验结果表明：在同一砂土相对密度和上覆荷载条件下,振幅相同的振动型地震波引起的砂土震陷比冲击型地震波引起的砂土震陷大;砂土震陷主要由最大地震荷载峰值之前的各个较大峰值的地震波引起,其中最大峰值对应的地震波引起的砂土竖向应变最大;对于最大峰值之后的地震波,其峰值应达到该地震波最大峰值的80%左右才对砂土变形具有较明显的贡献作用;冲击型地震波最大峰值之后的各地震波对砂土变形影响不明显;对于振动型地震波,其最大峰值之前及最大峰值之后一定范围内的地震波作用共同决定着砂土变形的大小。     

饱和砂土的物态变化特性

通过饱和砂土的往返加卸载三轴试验 ,揭示了饱和砂土的初剪缩、剪胀、次剪缩、反向剪缩等物态变化特性 ,论证了它们与不排水条件下饱和砂土孔压的变化和排水条件下剪缩剪胀体应变的变化具有内在的联系 ,从而验证了往返加卸载复杂应力条件下饱和砂土不同物态的客观存在性 ,为进一步揭示动荷条件下饱和砂土的复杂变形特性提供了研究基础。     

强硫酸钠盐对饱和砂土动力特性影响的试验研究

为了研究强硫酸盐对饱和砂土动力特性的影响,配制五种不同工况饱和砂土试样。通过动三轴仪对试样土体进行动力特性试验,通过试验得到试样土体的应力曲线、应变曲线、动剪应力应变滞回曲线。结合ANSYS软件,模拟不同工况下饱和砂土的路基模型,分析其在地震荷载下Y轴的应力变化规律。结果表明：当土体达到液化时,含盐饱和砂土较不含盐饱和砂土所需振动次数更多;含盐饱和砂土中,10%含盐饱和砂土较其他三种土体达到液化时所需振动次数更多;当硫酸盐含量适当时,土体的动力特性高于普通砂土,而当硫酸盐含量继续增加时,土体的溶陷特性大于抗液化性能,土体刚度降低,抗液化性能降低。     

振动扭剪试验中饱和砂的动力特性研究

<正> 一、前言由于振动扭剪仪试验的应力条件与土体在地震荷载作用下的受力条件比较接近,近年来受到国内外学者的重视。本文采用水利水电科学研究院仪器研究所1985年9月研制成功的DYJ-Ⅰ型电液振动扭剪三轴仪,研究了饱和砂土在不排水条件下的动力特性,试验采用了应变控制和应力控制两种控制方式。并与振动三轴试验的若干成果进行了对比。DYJ-Ⅰ型电液振动扭剪三轴仪及其试验的应力状态如图1,2所示。在偏压固结条件下进行应变控制循环试验时,循环剪应变被施加在水平方向,而试样轴向(铅垂方向)产生的残     

砂土剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响

为了研究饱和砂土的剪胀剪缩特性及其对抗剪强度的影响,选取滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪较系统地开展了一系列不同初始密度、不同固结压力条件下的排水与不排水纯扭剪试验研究,在总应力保持不变的情况下研究了砂土的剪胀剪缩特性,着重探讨了在排水与不排水试验中,不同密度和不同有效围压的砂土在单调剪切荷载作用下的应力-应变关系、硬化与软化、土体的剪胀剪缩以及强度等特性。结果表明:砂土密度和固结压力对砂土剪胀剪缩特性具有显著的影响;砂土的剪胀剪缩特性对砂土的排水、不排水强度以及应力-应变关系产生显著的影响;由于剪胀剪缩特性的影响,砂土的不排水抗剪强度甚至可能高于排水抗剪强度;研究成果可为今后砂土的本构模型和数值模拟提供试验资料。     

南昌地铁饱和含泥砂土动力特性模拟分析

以南昌地铁区域饱和含泥砂土为研究对象,做了砂土比重试验、颗粒筛分试验和砂的相对密度试验,并在PFC3D颗粒流程序中建立柔性边界面常规三轴和动三轴的数值试验模型。将常规三轴、动三轴的室内试验结果、PFC3D模拟结果和理论计算结果作对比,结果表明,饱和含泥砂土在常规三轴排水条件下的体应变状态、应力应变关系与室内试验和理论计算结果基本符合,在常规动三轴排水条件下同振幅、频率和围压作用下饱和含泥砂土的含泥量越大则应变发展速度越快,孔隙水压力的幅值和相对值也越大。基于数值实验和南昌地铁所建立的单、双隧道模型结果表明,在单隧道运营时,由于列车经过隧道会使隧道产生向下且逐渐稳定波动的位移,同时导致隧道周围土体产生向下的位移、旋涡式的速度和稳定的应力波动;隧道拱顶上土体的位移汇聚向下,拱底下土体的位移扩散向下,速度的旋涡以隧道为中心扩散,土体应力响应则随与隧道的距离增加而减小,且拱顶和拱底的应力响应最大,砂土含泥量与隧道位移和土体应力响应呈正相关。在双隧道模型运营时,其隧道的振动、土体的位移、速度和应力响应与单隧道运行结果大致相同,只是隧道下部的土体在两个振源的作用下应力响应和位移会有叠加效应,两隧道中间的土体则相反会产生相互制约的效果。     

黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明：黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。     

砂土循环累积变形规律与显式计算模型研究

海洋基础在上部结构风和波浪等长期循环荷载的作用下产生累积变形,易影响海上风电机组等构筑物的正常服役性能,其本质是基础周边土体的循环累积变形问题。针对该问题,开展了一系列饱和砂土在排水条件下的循环剪切三轴试验,研究了动应力比、初始密实度、初始平均应力和初始静应力比等土性和应力参数对循环累积变形的影响,发现随动应力比、初始平均应力和初始静应力比的增大及初始密实度的减小,饱和砂土的轴向循环累积应变增大。从试验数据分析来看砂土轴向循环累积应变和循环次数之间近似存在双对数线性关系。将砂土轴向循环累积应变与第一次循环轴向应变归一化能消除上述土性和应力参数的影响,进而分析了第一次循环轴向应变与土性和应力参数之间的关系,通过引入与密实度相关的砂土抗剪强度计算表达式,建立了饱和砂土在排水条件下的循环累积变形显式计算模型,适合海洋基础长期循环累积变形分析。     

中主应力系数对应力主轴循环旋转条件下砂土变形特性的影响

采用香港科技大学的空心圆柱扭剪仪对日本标准丰浦砂进行了四个系列、每个系列包含中主应力系数b=0.1,0.5和1.0三种不同情况的纯应力主轴循环旋转排水试验,即试验过程中控制作用在砂样上的有效主应力的幅值不变,仅应力主轴在0°～180°循环旋转。试验发现中主应力系数b对应力主轴循环旋转条件下砂土的变形特性有显著影响,着重分析了这一参数对纯应力主轴循环旋转条件下砂土的应变分量和体应变的发展、剪应力剪应变关系曲线及流动规律等变形特性的影响。     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

Comparison of dynamic response of isolated and non-isolated continuous girder bridges subjected to near-fault ground motions

The dynamic response of seismic isolated continuous girder bridges subjected to either near-fault or far-field ground motions is compared to the non-isolated ones. Near-fault earthquake ground motion data are collected from the 1999 Taiwan Chi-Chi earthquake. The earthquake data recorded at the same sites from other events serve as far-field ground motions. Typical three-span continuous concrete box girder bridges designed under Taiwan seismic design specifications of highway bridges are adopted for this study. These bridges are assumed straight, founded on rigid rock and only the longitudinal response is considered. Parametric studies for the dynamic responses of isolated bridges by input near-fault ground motions are developed. The PGV/PGA value of near-fault earthquake records is identified as the key parameter governing the bridge response.     

挡土墙墙趾地震作用的波动分析

目前国内外规范中对挡土墙墙趾处地震作用的规定很不一致,给工程设计及工程评价带来诸多困难,如何合理考虑其作用已成为岩土工程中的重要课题之一。针对强震地区的重要挡土工程,以墙前2 m覆盖土层的挡土墙为例进行了设计和讨论;基于近场波动数值模拟技术,输入El Centro波、Taft波、河北迁安滦河桥波和天津医院宁河波这四种不同场地条件的地震动进行动力分析,对比墙趾及墙背处的土动剪力时程发现,墙趾土动剪力对挡土墙的动态稳定性起着重要作用;墙趾覆盖土层所产生的动土压力,较有益于挡土墙的抗倾覆、抗滑稳定性。用简化估计的方法,对动土压力及剪力的合力作用点进行分析,发现相同位置的动土压力和剪力的合力作用点比较接近,其值分别是,墙趾处约距墙底0.62H2(H2为墙前覆土厚度),而墙背处约为H1/3,这与以往研究并不相同。最后对地震作用效应折减系数进行讨论,并建议了墙趾地震作用的合理设计取值。这些结果为改进挡土墙的抗震设计、指导工程实践提供了有益的基础。     

对“沥青混凝土心墙土石坝的应力应变分析”一文的讨论之讨论

<正>土石坝应力应变分析的目的之一是估算坝坡的抗滑稳定性。比较流行的方法是计算坝体滑动面上的剪应力水平s的平均值,其倒数就是安全因数。这种方法算出的安全因数虽然与极限平衡法算出的安全因数并不完全相同,但比较接近,而且是协调的。但是,《岩土工程学报》1982年第4期发表的"沥青混凝土心墙土石坝的应力应变分析"一文[1],却算出碧流河土石坝上游坝壳中的s值因水库水位上升而增高,这意味着上游坝壳的     

筒承式群仓水平地震作用分析及简化计算

对钢筋混凝土筒承式群仓建立串联多质点体系简化计算模型,采用Baruch法对有限元计算的模态矩阵进行修正,利用振型分解反应谱法计算192个模型的水平地震作用分布及基底剪力.分析钢筋混凝土筒承式群仓水平地震作用分布和基底剪力的影响因素.综合各种影响因素,回归得到筒承式群仓底部剪力法中的基本振型指数的简化计算公式,进而可以得到筒承式群仓水平地震作用及基底剪力的简化计算方法—改进的基底剪力法.     

The effect of earthquake frequency content on the seismic behavior of concrete rectangular liquid tanks using the finite element method incorporating soil-structure interaction

A three-dimensional soil-structure-liquid interaction is numerically simulated using the finite element method in order to analyze the seismic behavior of partially filled concrete rectangular tanks subjected to different ground motions. In this paper, the effect of earthquake frequency content on the seismic behavior of fluid rectangular tank system is investigated using four different seismic motions. A simple model with viscous boundary is used to include deformable foundation effects as a linear elastic medium. This method is capable of considering both impulsive and convective responses of liquid-tank system. Six different soil types defined in the well-recognized seismic codes are considered. The sloshing behavior is simulated using linear free surface boundary condition. Two different finite element models corresponding with flexible shallow and tall tank configurations are studied under the effects of longitudinal, transversal and vertical ground motions. By means of changing the soil properties, comparisons are made on base shear, base moment and sloshing responses under different ground motions. It is concluded that the dynamic behavior of the fluid-tank-soil system is highly sensitive to frequency characteristics of the earthquake record.     

Plastic hinge length of reinforced concrete columns subjected to both far‐fault and near‐fault ground motions having forward directivity

In a strong earthquake, a standard reinforced concrete (RC) column may develop plastic deformations in regions often termed as plastic hinge regions. A plastic hinge is basically an energy dampening device that dampens energy through the plastic rotation of a rigid column connection, which triggers redistribution of bending moments. The formation of a plastic hinge in an RC column in regions that experience inelastic actions depends on the characteristics of the earthquakes as well as the column details. Recordings from recent earthquakes have provided evidence that ground motions in the near field of a rupturing fault can contain a large energy or ‘directivity’ pulse. A directivity pulse occurs when the propagation of the fault proceeds at nearly the same rate as the shear wave velocity. This pulse is seen in the forward direction of the rupture and can cause considerable damage during an earthquake, especially to structures with natural periods that are close to those of the pulse. In the present paper, 1316 inelastic time‐history analyses have been performed to predict the nonlinear behaviour of RC columns under both far‐fault and near‐fault ground motions. The effects of axial load, height over depth ratio and amount of longitudinal reinforcement, as well as different characteristics of earthquakes, were evaluated analytically by finite element methods and the results were compared with corresponding experimental data. Based on the results, simple expressions were proposed that can be used to estimate plastic hinge length of RC columns subjected to both far‐fault and near‐fault earthquakes that contain a forward‐directivity effect. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

建筑结构弹塑性时程分析中地震动记录选取方法的比较研究

选择合适的地震动记录是采用弹塑性时程分析预测建筑结构地震响应的基础。列举了现有针对不同分析目的的三种地震动记录选取方法,比较了按不同方法建立的地震动记录选择集的地面运动峰值和反应谱特性,并通过分析两个不同初始周期框架结构的弹塑性地震响应,对不同地震动记录选取方法的分析结果进行了比较。研究结果表明,基于设计反应谱和基于最不利地震动的选取方法均与结构的初始周期相关,当结构在地震作用下刚度退化比较明显时,这些方法有可能难以达到预期的目标;而当地震动强度指标恰当、且选取的地震动记录数量较多时,基于台站和地震信息的选取方法不会造成过大的结构弹塑性地震响应的离散性,同时这种方法不依赖于结构的动力特性,操作简便,适用性强,适于在研究不同结构类型和不同动力特性建筑结构的抗震性能时应用。     

不规则高层隔震结构地震响应的影响分析

以不规则且高宽比达6.1的三维隔震结构为分析模型,隔震层力学特性水平采用Bouc-Wen模型,竖向采用拉压不等双线性模型。根据PGA/PAV(地震加速度峰值比速度峰值),选取了10条地震波,分析了地震波频谱特性及隔震层偏心对不规则大高宽比隔震结构地震响应的影响。分析结果表明:采取隔震措施后,隔震层和结构顶层加速度均可减小69%,结构顶层扭转角减缓达67%;低频长周期地震波作用下隔震结构的地震响应较高频短周期地震波的大,结构响应大致随着PGA/PGV的增大而减小;当隔震后周期达某一程度后,隔震层偏心对上部结构影响不明显,可以适当放宽对支座布置的要求。本文分析结果对高层隔震结构设计具有一定参考价值。