组合节点变形机制和破坏形态的定量评价

节点的变形机制和破坏形态分析是其抗震性能评估的重要内容,但目前缺乏有效的定量评价方法。该文基 于多尺度数值模型,对组合节点变形机制和破坏形态的定量评价方法开展研究。提出采用“变形分量比例图”分 析组合节点的变形机制,该图可根据多尺度模型的位移结果直接计算得到。“变形分量比例图”反映了梁弯曲、 柱弯曲、和节点域剪切三种主要变形分量随层间位移角以及层间位移方向角的变化规律,可直观地揭示组合节点 在任意层间位移方向上的破坏形态。层间位移方向角对空间组合节点的变形机制和破坏形态影响显著,必须利用 “变形分量比例图”全面验算组合节点在任意可能层间位移方向上的破坏形态,并进一步优化设计确保任意可能 地震入射方向上的预期破坏机制。     

岩石泊松比与内摩擦角的关系研究

 在纯张破坏时的泊松比与内摩擦角关系式基础上,推导出纯剪破坏时的泊松比与内摩擦角关系式,定义由泊松比与内摩擦角确定的剪破坏、脆性剪破坏、塑性剪破坏与张破坏及流动变形破坏分布区域。根据试验数据分析,确立张剪破坏与剪张破坏的线性分界线,建立脆性剪破坏判别条件半经验关系式。据此关系式,进行泊松比与内摩擦角的互算、单试样抗剪强度的计算及岩石细观破坏类型的分区。与岩石三轴压缩试验资料进行对比分析,解释岩石试样破坏类型发生的力学机制。实例表明,用泊松比计算单试样抗剪强度的方法具有实用价值,而且利用岩石破坏类型分区图可辅助预测岩石可能的破坏方式与类型。     

中深部含软弱夹层的深基坑土钉支护失稳破坏数值模拟分析

以中核北京科技园综合楼深基坑项目在分层开挖与分层土钉支护中出现的边坡顶端土体开裂、坡底土体坍塌形式的失稳破坏现象为研究背景，运用FLAC3D有限差分软件进行模拟分析。数值模拟分析中考虑土层分布、基坑边坡坡度、土钉的排列方式、钢筋网喷射混凝土面层、含水层的孔隙水压力、分层开挖支护等因素，使模拟分析与实际相接近。根据基坑大小建立相应的基坑边坡三维模型，采用莫尔-库仑弹塑性模型计算基坑边坡在不同开挖支护阶段的位移变形，并通过后处理程序显示基坑整体、最大位移截面的位移云图，记录所设置的关键点处水平位移与沉降量。在工程实际分布开挖过程中，测量每次开挖支护所引起的边坡水平位移与沉降量。将数值模拟中所得节点水平位移、沉降量与两者的实测数值对比分析，由此判断基坑潜在滑裂面与可能出现坍塌的大致位置，为工程设计方案中关于变形量较大区域支护方式的整改提供重要参考。     

钢筋混凝土框架结构层间位移与构件变形关系研究

基于课题组已完成的钢筋混凝土3层3跨平面框架低周反复加载试验,以边(中)节点区域作为重点研究对象,分析了梁柱组合体中各种非线性局部变形引起的侧移在结构总层间变形中所占比例的变化规律。在此基础上,建立了构件局部变形与结构层间位移的转换关系。研究结果表明:对于发生"梁铰"破坏机制的框架结构,梁端转动对节点剪切变形的影响大于柱端转动,梁柱组合体作为整体共同承担结构的塑性变形;当结构整体位移角满足相应性能水平限值时,局部构件的变形仍有可能超限,简单利用单个构件的变形代表结构整体的变形是不合理的;对于破坏形式为"梁端弯曲破坏"的框架子结构,随着损伤加剧结构进入非弹性阶段后,梁变形成为层间位移的主要成分,柱变形引起的层间位移所占比例次之,节点剪切变形引起的层间位移所占比例最小;通过弹性理论分析,在塑性阶段引入塑性折减系数,推导建立的构件局部变形与结构层间位移转换关系式具有相对较高的精度,计算结果与试验实测数据基本吻合。     

开挖顺序对三峡永久船闸三闸首中隔墩变形机制影响的研究

鉴于目前对中隔墩变形机制认识仍不统一，运用数值模拟方法研究了不同开挖顺序对中隔墩变形机制的影响，并进行了岩体参数的敏感性分析。研究结果表明，中隔墩变形的主要影响因素是开挖顺序，中隔墩出现“一边倒”是由南北两侧开挖顺序不对称引起的；F215断层的存在对南侧位移大小有一定影响，但对南侧位移向北影响很小，不可能引起南侧位移向北：中隔墩“一边倒”需要满足一定的刚度和强度条件；中隔墩呈现“一边倒”并不表明其破坏、倒塌的趋势，相反，这种变形方式却表明中隔墩的整体刚度较高，呈弹性表现。研究结果为科学地解释中隔墩变形机制提供了理论依据。     

RC框架层间位移与构件变形关系研究

为实现变形指标——层间位移角在RC框架结构基于性能的抗震设计中的应用,研究了层间位移与构件变形之间的关系。首先,介绍了RC框架层间位移构成。接着,在"强节点"的假定下,建立并验证了弹性状态下层间位移与构件变形的关系式;进入塑性阶段后,引入塑性折减系数,建立了塑性状态下层间位移与构件变形的转换关系式。最后,通过简化方法计算得到的层间位移与用OpenSEES数值模拟得到的结果进行对比分析,研究了塑性折减系数与延性系数的关系。     

挡土墙变形破坏的灰色预测预报

通过对一座挡土墙变形位移和监测数据的分析，应用灰色系统理论建立ＧＭ（１，１）模型和Ｖｅｒｈｕｌｓｔ模型对挡土墙变形破坏预测预报有实际指导意义。     

广州南沙某深厚软土区综合管廊基坑变形破坏分析

粤港澳大湾区为中国经济活力最强的区域之一，在国家发展大局中具有重要战略地位。由于该区域广泛分布海积相和海陆交互相深厚软土，给工程建设带来了诸多困难，甚至造成巨大经济损失和人员伤亡。通过对广州南沙某基坑进行理论计算和数值模拟，结合对监测资料的详细分析，探讨广州南沙某深厚软土区综合管廊基坑破坏发生的成因和变形特征，所得结论如下：本基坑失稳破坏模式属于踢脚破坏和倾倒破坏的组合破坏模式，以踢脚破坏为主，基坑破坏位置桩顶水平位移整体向右，产生这种现象的原因是由于大型运输车辆在基坑左侧行驶，引起基坑单侧超载；受横撑的约束作用，基坑桩顶水平位移和竖向位移在基坑破坏前位移仍然比较小，不能有效的反映基坑的变形和安全情况，因此要重视基坑深层水平位移监测；深层水平位移最大位置主要集中在基坑深度6～11 m，基本处于基坑底部以下；深层水平位移的变形范围达到18 m左右深度，表明基坑开挖引起的支护桩变形影响范围达到坑底以下12m，变形影响深度和基坑深度的比值为3；基坑进行回填之后基坑位移明显收敛，表明回填可以有效抑制基坑变形的扩展，避免连续性破坏。     

巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法

 提出巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中便于测量的物理参数,基于微积分的原理,通过对试样中心垂直加载方向上每一点拉应变的积分,可以得到该方向上总的变形量,进而推导出岩石拉伸模量和总位移变形量之间的定量关系式。该关系式包含加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心垂直加载方向上总位移变形量5个物理量,其意义明确,运用简便,可为求解巴西劈裂试验拉伸模量提供一种新的方法。     

围护结构周边土体深层水平位移监测的应用研究

基坑开挖过程中,围护结构往往会产生较大变形,而深层水平位移监测最能直观反映围护结构的变形情况。在软土地区,深层水平位移优先采用在围护结构中预埋测斜管的方式进行监测,当预埋测斜管被破坏或不具备在围护结构中钻孔埋设测斜管时,通常在紧邻围护结构的土体中钻孔埋设测斜管,但围护结构周边土体的变形是否能够真实反映围护结构实际变形有待验证。通过工程实例,对比了在土体中和围护结构中两种测试情况下深层水平位移监测结果,验证了土体中进行基坑深层水平位移监测在工程中应用的科学性,并总结了实施过程关键环节的操作要点,为该方法在工程实践中的科学应用积累了经验。     

四川丹巴甲居滑坡动态变形过程三维系统监测及数值模拟分析

 受青藏高原地质构造作用的影响,我国西南山区分布着大量成因类型多、机制复杂、突发性强、变形破坏发展趋势难以预测、失稳后破坏性大等特点的堆积体滑坡。甲居滑坡为大渡河上游一巨型松散堆积体古滑坡局部复活,针对滑坡动态变形过程和失稳破坏迹象,综合采用GPS地表位移监测、干涉InSAR监测和深部位移监测(测斜仪),3种监测技术优势特点并相互结合构成三维系统监测网。根据监测成果分析,判别其当前为浅表层加速变形破坏和深部缓慢变形的演化阶段;研究其变形失稳模式为浅表层滑移–拉裂失稳破坏和深部蠕滑–拉裂变形的复合模式;并利用FLAC3D数值模拟滑坡在动态变形过程中滑坡体内的应力场、位移、塑性破坏区分布特征的变化。     

半明半暗隧道洞口段力学特征分析与现场监测

 由于结构复杂和荷载多变,不同条件下的半明半暗隧道洞口段在各施工阶段的力学行为差异很大,给施工和监控带来很大困难。根据洞口段结构承受水平荷载和垂直荷载的比重不同,将半明半暗洞口分为受推型、受压型和推压组合型3类。应用有限元软件对3类结构进行数值模拟,研究不同条件下半明半暗洞口的位移和应力分布规律,得到其在不同施工阶段的受力变形特征,掌握各类结构在不同施工阶段的薄弱部位,并提出监测要点。根据研究得出的监测要点,对4处实体工程进行现场监测,结果表明：(1) 结构的实际位移和应力分布与理论分析结果相符;(2) 结构破坏部位和破坏形式与理论分析相符;(3) 根据相应结构类型的受力变形机制选取合理处治措施,能够有效地控制结构异常变形。研究结果可供类似工程设计、施工和现场监测参考。     

大冶铁矿巷道变形监测研究

为了解大冶铁矿尖林山巷道变形规律，在-40m水平布置了4个收敛计和3个多点位移计测试断面，经过一年多的观测，获得了满意的观测数据。对数据分析后，得到的主要结论为：巷道总体稳定性较好，出现大规模垮塌的可能性不大。巷道的顶板变形较小，其稳定性较好。巷道破坏主要出现在有进路一侧两进路之间的岩体上。巷道的破坏与采动有明显的相关关系，影响范围为100m左右。收敛监测系统能满足尖林山巷道生产期围岩稳定性预测预报的需要。     

基于MINDLIN解的土钉墙变形计算方法

 土钉墙变形是影响其安全的关键指标,已有的研究没有给出其变形的合理理论计算方法。提出基于MINDLIN解的土钉墙变形理论计算方法,该方法通过虚拟开挖应力模拟土钉墙开挖状态,基于实测资料假定钉土剪力在潜在滑动面两侧沿土钉方向呈双三角形分布,利用MIDLIN应变解计算虚拟应力和钉土剪力在钉尾和潜在滑动面位置产生的侧向变形,根据钉土剪力在潜在滑动面位置等于0的特点得到钉土相对位移在潜在滑动面位置为0的结论,并利用该结论及土钉力学平衡条件得到钉土剪力计算模型的2个相关参数,最后通过钉尾变形和土钉自身拉伸变形的叠加得到土钉墙任意位置的侧向变形。通过与法国CEBTP大型试验1#墙实测数据的对比分析,初步验证该计算方法的合理性和可行性。     

不同位移模式下挡土墙的模型试验及数值模拟

 使用角钢和高强度的有机玻璃,结合按照原型比例设计的尺寸,自制挡土墙模型箱。测试挡土墙在不同运动状态下,墙后土体的水土压力分布,获得剪切带的细观参数。在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对砂土挡土墙进行离散元仿真模拟。研究不同位移模式：平移(T)、绕墙底转动(RB)、绕墙顶转动(RT),以及2种组合位移模式：绕墙底以下某点转动(RBT)、绕墙顶以上某点转动(RTT)下挡土墙被动破坏机制。分析挡土墙运动过程中侧压力的变化、土体位移场和变形以及挡土墙到达一定位移时颗粒集合体内部的剪应变率分布。通过对比分析模型试验结果与数值模拟结果,结果表明,墙后土体水土压力的模拟结果与试验结果吻合很好,反映水土压力的分布规律。     

位移突变判据中监测点的位置和位移方式分析

选择边坡内某些监测点的位移突变特征作为强度折减法的材料破坏判据。为分析监测点的位置和位移方式选取的合理性,分别对均质土坡和节理岩质边坡建立数值模型。在坡体内布置若干点,记录这些点在3种位移方式下位移和折减系数的关系。根据关系曲线的特征,建立双曲线拟合方程,结果表明:①相关系数接近1,拟合效果较好;②临界滑移线内及滑移线上各点均可作为突变判据的监测点;由于坡顶位置较容易确定,且必位于滑移线内,建议在一般边坡中选取坡顶作为监测点;③3种位移均可作为监测的位移方式。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布

利用汶川地震丰富的近场实震资料,分析总结了地震作用下挡墙的变形破坏模式,指出挡墙的变形模式与地基基础关系最为密切。位于岩质地基上的挡墙主要发生倾斜变形,位于土质地基上的挡墙则主要发生推移变形。在此基础上,基于温克勒地基模型,将土体看做是一系列弹簧和理想刚塑性体的组合体,分析得到了不同变形模式下挡墙地震土压力及其合力作用点的计算方法。结果表明：不同变形模式下挡墙的地震土压力分布特征各异,除平移模式外,其余变形模式下挡墙地震土压力随深度都呈非线性分布;位于岩质地基上的挡墙发生变形后地震土压力的合力作用点要比土质地基上的挡墙高。通过开展位于岩质地基和土质地基上挡墙的振动台模型试验,对文中提出的挡墙地震土压力计算方法进行了验证,发现试验结果和理论分析结果较相吻合。     

基于离心试验的环形加筋挡墙破坏形式试验研究

环形加筋挡墙破坏形式的研究目前还处于相对空白阶段。笔者通过2组离心模拟实验,对环形加筋挡墙的破坏形式和变形特征进行了研究,初步判定了环形加筋挡墙的破裂面形状与“0.3H”破裂面相似,呈折线形。通过对挡墙破裂面附近监测点的位移对比分析研究表明:环形加筋形式对挡墙破裂面的开展有良好的限制作用,能使墙体的侧向位移变化更加均匀;环形加筋形式对约束挡墙侧向变形的能力较竖向变形能力强。