一维场地地震反应非线性有效应力分析法及其验证

液化所致的土体软化会影响地震运动规律,需进行有效应力分析以确定可液化场地的设计地震动参数.本文提出一种弱耦合形式的场地反应有效应力分析法.此方法将土的非线性滞回模型与剪切-体积应变耦合的孔压增量模型相结合,建立了循环加载过程中循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系;基于ABAQUS显式求解器开发了相应的材料子程序....     

基于GIS和体视化技术的工程场地地震液化势3D可视化

工程场地地震液化势三维模型的建立及可视化研究的目的是用三维图形来描述地震动作用下场地液化势的空间分布特性,以此为城市防震减灾工作提供相应的支持。采用具有概率意义的饱和砂土抗液化强度经验公式来对场地进行地震液化势概率评价;采用一种基于"块"模型的数据结构来描述场地液化势三维实体;结合Kriging插值法和体视化技术进行场地液化势的三维可视化建模。研究表明:采用"块"数据模型来分割模拟三维液化势场,利用Kriging法对工程场地地震液化势进行空间数据三维插值,有助于揭示勘探孔以外任意空间点的土层液化势信息;基于液化势概率评价结果和体视化技术,采用Kriging插值法,以不同的色标体现场地液化势的风险程度,可以直观的三维图像形式呈现场地液化势的空间分布特性和变化趋势,通过剖切自动生成指定位置的二维剖面和三维切割体,工程场地液化势的三维分布特性得到有效的表达。     

可液化场地地震振动孔隙水压力增长研究的大型振动台试验及其数值模拟

基于数值模拟基本假设,运用有效应力原理以及振动孔隙水压力增长经验模式,采用应力循环孔压增量计算方法,直接针对非自由可液化场地基地震反应的大型振动台试验建立数值计算模型,并据此进行可液化场地基孔压动力增长数值模拟。数值模拟结果表明:分别在0.15g和0.50g El Centro波输入下,孔压在13 s之前无明显变化,至13 s瞬时增长,20 s左右达到最大值,并且自下而上峰期孔压比逐步增大;其中0.5g El Centro波输入下整个土层达到全部液化的孔压比,而0.15g El Centro波输入下仅上部土层具有局部液化的孔压比。同时由数值模拟结果可发现:由于桩-土动力相互作用,致使近桩区孔压较远桩区孔压高且在桩周附近形成一定孔压梯度,但对孔压增长趋势无太大影响;数值模拟获得的地基振动孔隙水压力增长规律与试验记录基本保持一致。总的来讲,这种孔压动力增长的数值模拟方法,在强震输入下基本能够刻画土层中孔压的动力增长过程,而弱震输入下的计算误差较明显。     

基于触变流体理论的可液化土体振动孔压模型

明确可液化土体的振动孔压增长过程是土体液化分析和液化效应评价的关键问题。基于Moore型触变性流体结构理论,利用不同类型土体的32个不排水循环三轴试验证实了液化过程中的土体内部结构的破坏过程与振动孔压增长过程存在等价关系,验证了循环荷载下可液化土体的孔压触变机制。在此基础上,基于孔压触变流体速率方程构建了可液化土体的振动孔压增长模型,发现模型蕴含的振动孔压产生和增长机制可从能量角度获得合理解释。试验结果表明,模型中的振动孔压增长速率参数与土体有效围压、初始相对密度及循环应力比密切相关。利用该模型对不排水循环三轴试验进行了仿真模拟,验证了模型的合理性和可靠性。最后,讨论了模型的主要特点及可能的应用前景,为土体液化分析提供一种新的技术手段。     

含黏粒砂土场地液化离心机振动台试验研究

提出了含黏粒砂土模型地基制备、饱和与均匀性监测技术,利用ZJU-400土工离心机振动台开展了相同相对密度含黏粒砂土（黏粒含量10%）和洁净砂的地震液化模型试验,再现了水平场地地震液化现象,揭示了含黏粒砂土场地液化灾变特点。弯曲元波速监测表明,模型制备均匀性良好,相同条件下含黏粒砂土剪切波速比洁净砂低。而根据超静孔压消散与固结沉降观测分析发现,含黏粒砂土渗透系数比洁净砂低一个数量级,从而影响其液化前后超静孔压响应和应力应变行为。渗透性差异导致模型内超静孔压产生模式和消散速率显著不同,振动时含黏粒砂土模型浅层超静孔压累积比洁净砂慢,而深层则相反;震后含黏粒砂土孔压消散时间是洁净砂的15倍。液化过程中含黏粒砂土剪应力应变响应比相同深度处的洁净砂更显著,液化后其滞回圈应变较大、割线模量较小且阻尼比较大。土体液化沉降主要发生在液化后超静孔压消散过程,含黏粒砂土模型超静孔压消散时间更长,沉降量更大。上述成果为进一步研究含黏粒砂土地震响应分析及其液化判别提供了科学依据。     

基督城易液化场地数值模拟研究

易液化场地地震动响应是研究砂土液化的关键,为还原真实地震下土体的地震动响应(剪应变、超静孔压等),文中开展了基督城易液化场地的数值模拟研究,结合Shake2000和Deepsoil两种一维场地分析软件,并采用非线性时域算法计算得到了基督城在2010年9月和2011年2月两次大震下场地地震响应,其计算得到的地表加速度谱与实际记录的加速度谱较为一致再加上现有的基督城现场液化调查结果与数值计算结果吻合,说明该方法是合理有效的。此外,该数值计算结果可为基督城场地抗液化设计评价提供参考。     

徐州市棠张镇铁路路基液化性能研究

依据已有的孔压增长模型和动三轴试验参数，采用有限单元法，对徐州市棠张镇铁路路基可液化场地进行了地震反应分析。按孔压比和最大往返剪切作用面上的动翦应力比较法划分了饱和粉土层的液化区域，并结合标准贯入试验判别结果、剪切波速判别结果以及Seed-Idriss简化法判别结果，对该场地粉土层的液化性能做出了综合评价。     

饱和砂土地基三维地震响应分析

对饱和砂土地基进行了完全耦合的三维排水有效应力动力分析.探讨了不同输入地震加速度、不同土性参数和不同土层构成等因素对饱和砂土地基抗液化性能的影响.结果表明:在地震荷载作用下,天然饱和砂土地基的水平振动加速度沿深度方向自下而上被放大;在地震中,地基中超孔压比的分布规律基本是上下部较小,中部较大;土性参数对地基本身的哪抗液化性能有重要影响,初始孔隙比越小,相对密度越大,土体的抗液化能力越强;随输入地震加速度的减弱,由粘土和砂土构成的地基,在不同深度处的超孔压比基本保持不变,没有出现明显的超孔压消散现象.     

循环三轴下煤灰的排水及不排水性能

<正>马丁(Martin)、芬恩(Finn)等人提出的液化机理模型,已经说明了排水体积变化和不排水孔压增量之间存在一定的关系。但这一模型没有明确地考虑粒状材料在循环荷载下的屈服性能及应力路径对孔压上升规律的影响。石原研而(Ishihara)等人的研究是从有效应力的角度出发,给出了孔压上升到液化的比较清晰的图象,可惜没有把体积改变导致孔压改变的基本特征包括进去。     

评价饱和砂土液化过程中小应变到大应变的本构模型(英文)

在RambergOsgood模型的基础上,建立了一个实用的能描述饱和砂土从液化前小应变到初始液化后大应变范围的非线性本构模型。该模型主要有三个特点:①采用作者曾提出的移动相态转换线(MPTL)和移动临界状态线(MCSL)概念来较为合理地描述变形过程中的有效应力路径和临界状态;②采用一个应力软化模型来描述剪胀和定义超静孔压变化引起的骨架曲线的软化与硬化;③基于笔者等提出的液化后大变形理论来描述初始液化后产生的大剪切变形。文中通过对室内循环剪切试验结果的模拟,验证了模型的预测能力。该模型适用于水平饱和砂土地基的有效应力地震反应分析。     

Dynamic visco-plastic memorial nested yield surface model of soil

Under cyclic loadings, the plastic strain of soft soil will take place under very small shear strain. So the visco-plastic model is appropriate to be used to model the dynamic characteristics of soft soil. Based on the principles of geotechnical plastic mechanics, the incremental visco-plastic memorial nested yield surface model is developed by using the field theory of nonlinear isotropic materials and the theory of kinematical hardening modulus. At the end of anyone time increment, the inverted loading surface, the damaged surface and the initial loading surface which is tangent with the inside of inverted loading surface are memorized respectively. The kinematical behavior of yield surface is defined by using these three surfaces. The developed model in this paper is successfully implemented in ABAQUS using FORTRAN subroutine. The predicted stress-strain relationships of soft soil are compared with the test results given by dynamic triaxial tests. It is proved that the cyclic undrained stress-strain relation of soils can be fairly simulated by the model. At last, the nonlinear earthquake response of a representative soft site in Nanjing city is calculated with the dynamic behavior of soils modeled by the new developed model. The results are accordant to the earthquake response of soft site given by other scholars.     

Dynamic visco-plastic memorial nested yield surface model of soil

Under cyclic loadings, the plastic strain of soft soil will take place under very small shear strain. So the visco-plastic model is appropriate to be used to model the dynamic characteristics of soft soil. Based on the principles of geotechnical plastic mechanics, the incremental visco-plastic memorial nested yield surface model is developed by using the field theory of nonlinear isotropic materials and the theory of kinematical hardening modulus. At the end of anyone time increment, the inverted loading surface, the damaged surface and the initial loading surface which is tangent with the inside of inverted loading surface are memorized respectively. The kinematical behavior of yield surface is defined by using these three surfaces. The developed model in this paper is successfully implemented in ABAQUS using FORTRAN subroutine. The predicted stress-strain relationships of soft soil are compared with the test results given by dynamic triaxial tests. It is proved that the cyclic undrained stress-strain relation of soils can be fairly simulated by the model. At last, the nonlinear earthquake response of a representative soft site in Nanjing city is calculated with the dynamic behavior of soils modeled by the new developed model. The results are accordant to the earthquake response of soft site given by other scholars. __________ Translated from Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006, 28(10): 1267–1272 [译自: 岩土工程学报]     

广义塑性力学多重屈服面模型隐式积分算法及其ABAQUS二次开发

 进行采用非关联流动法则的多重屈服面本构模型隐式积分算法的实现。基于广义塑性力学建模理论,模型采用由试验拟合确定的屈服面,通过大型有限元软件ABAQUS提供的用户子材料接口,采用FORTRAN语言,实现广义塑性力学的双屈服面模型的完全隐式应力积分算法。利用所开发的UMAT程序,进行黏土常规三轴数值模拟计算,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证模型和程序的有效性和准确性。     

考虑多维地震作用的高耸钢筋混凝土烟囱结构易损性分析

竖向地震作用对高耸烟囱结构动力响应有不可忽略的影响。选用240m高的某钢筋混凝土烟囱作为研究对象,考虑结构损伤,通过有限元软件ABAQUS,采用复合壳单元建立相应的非线性有限元分析模型。为考虑地震动的不确定性,根据谱相容性原则,选择20条合理地震动记录,进行增量动力分析。输入的地震动分别为一维、二维、三维。分别以材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和地震动强度参数,结合增量动力分析获得的结构地震响应,采用能力需求比模型的曲线拟合法计算易损性曲线。通过钢筋和混凝土的材料应变定义四个损伤状态限值,最终得到在不同维数地震动输入时高耸钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性曲线和倒塌概率曲线。研究结果表明,考虑多维地震作用比只考虑一维地震作用时高耸烟囱的结构易损性和倒塌概率增大。     

双层交叉梁系结构力学模型及其计算研究

建立了双层叠合交叉梁系结构空间动力学模型 ,利用 FORTRAN语言编制了计算机仿真计算程序 ,并以区间轨道结构为例 ,用所编程序分析了轨道的动、静力计算长度 .     

VENTCF2: an algorithm and associated FORTRAN 77 subroutine for calculating flow through a horizontal ceiling/floor vent in a zone-type compartment fire model

An algorithm and associated FORTRAN 77 subroutine, called VENTCF2, for calculating the effects on two-layer compartment fire environments of the quasi-steady flow through a circular, shallow (i.e. small ratio of depth-to-diameter), horizontal vent connecting two spaces is presented. The two spaces can be either two inside rooms of a multi-room facility or one inside room and the outside ambient environment local to the vent. The flow is determined by consideration of standard orifice-type flows driven by cross-vent pressure differences and, when appropriate, the combined pressure- and buoyancy-driven flows which occur when the density configuration across the vent is unstable, i.e. a relatively cool, dense gas in the upper space overlays a less dense gas in the lower space. The algorithm calculates rates of flow exchange between the two spaces based on previously reported model equations. Characteristics of geometry and the instantaneous environments of the two spaces are assumed to be known and specified as inputs. Outputs calculated are the rates and properties of the vent flow at the elevation of the vent as it enters the top space from the bottom space and/or as it enters the bottom space from the top space. Rates of mass, enthalpy and products of combustion extracted by the vent flows from upper and lower layers of inside room environments and from outside ambient spaces are determined explicitly. VENTCF2 is an advanced version of the algorithm /subroutine VENTCF in that it includes an improved theoretical and experimental basis. The subroutine is completely modular and it is suitable for general use in two-layer, multi-room, zone-type fire model computer codes. It has been tested numerically over a wide range of input variables and the results of some of these tests are described.     

岩体随机结构面三维网络的生成和可视化技术

在总结随机结构面网络模拟研究关于结构面三维网络生成和可视化成果的基础上,假定结构面为Baecher圆盘形,考虑结构面大小、位置、产状、隙宽等要素,采用泊松随机过程生成随机结构面网络的样本单元。其中较为详细地介绍了利用结构面的空间几何关系获得结构面网络的交会信息方法,利用FORTRAN90编程语言编制生成三维结构面(渗流)网络的专用程序FRCGEN-3D,该程序也适用于三维结构面网络模拟研究岩体楔形体稳定和连通率求解问题。为使复杂的三维结构面空间几何关系得到展示,进一步借用OPENGL强大的图形处理编程功能,在此基础上完善了一套完整的三维结构面网络模拟专用的可视化系统V-FNW。该可视化系统具有交互界面和三维图形渲染、旋转、交切等功能,为结构面网络模拟研究岩石力学和裂隙网络水力学提供了一个可视化平台,具有相对广泛的应用价值和研究价值。     

基于ABAQUS平台的四渡河悬索桥隧道锚围岩稳定性分析

隧道锚在实际工程中应用不多，目前对其稳定性的研究相对较少。基于大型通用非线性有限元分析软件ABAQUS的计算平台，利用该软件提供的用户材料子程序UMAT接口，将基于Rankine准则的Mohr-Coulomb模型添入ABAQUS中，采用Foamn语言开发了接口程序，并在此基础上对四渡河悬索桥隧道锚进行二维弹塑性有限元分析，计算了初始地应力场，模拟了隧道锚与公路隧道的新奥法施工过程，并考虑了开挖过程中隧洞周边接触软弱层的形成。将锚碇围岩的稳定性和锚固系统的整体安全度作为主要研究内容，其计算结果和长江科学院采用FLAC3D的分析结果比较，二者具有一致性。研究结果表明，所研制的接口程序开发思路正确，计算精度满足要求，所完成的工作为隧道锚设计提供了依据，具有相当重要的工程价值。     

索网结构的初始形状判定及静力分析

应用几何非线性增量有限元位移法对索网结构的初始形状判定和静力荷载计算进行分析，采用FORTRAN语言编制了相应的计算机分析程序。通过具体的开例分析，验证了该方法和程序的正确性和有效性．     

基于非比例阻尼模型的隔震结构动力分析软件

采用子结构Rayleigh阻尼模型构造隔震结构的非比例阻尼矩阵 ,用FORTRAN语言实现结构的动力时程分析。为便于工程应用 ,用VB语言开发了前后处理界面与FORTRAN链接 ,成为隔震工程专用动力分析软件 (ISDN)。用本软件和Simulink以及复振型分解法对一工程实例分别进行计算 ,两者所得位移和加速度的最大相对误差分别不超过其响应最大值的 0 0 7%和 0 2 7%。说明本软件的分析精度满足工程设计要求