饱和软粘土地基的损伤模型与震陷计算

基于各向同性弹塑性损伤和Prevost模型的基本理论,把弹塑性等向硬化、运动硬化和各向同性损伤结合起来,推导了循环荷载作用下不排水饱和软粘土弹塑性动力损伤本构模型.考虑到地震作用下土体应力的不规则性,对循环三轴试验获得的粘土残余应变经验计算公式进行了修正,最后将该残余应变引入到损伤演化方程中.通过对地基的震陷计算并与不考虑损伤的模型进行对比,结果表明,该模型能合理地考虑屈服面内应力循环对地基残余塑性应变的贡献.     

可液化地基-非规则截面地铁车站地震变形研究

以上层为五跨和下层为三跨的非规则截面地铁地下车站结构为原型,在可液化场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。试验提出适用于液化地基-地下结构振动台模型试验的柔性传感链结合水沉法的模型地基制备方法,采用阵列式位移计测试了地基水平变形;分析了孔压发展、消散及空间分布规律,地震动强度与孔压关系,地表震陷与地基变形等。结果表明:饱和砂土振动孔压主要在地震过程中完成累积过程,振动孔压比与地震动Arias强度表现出显著的相关性;强震作用下地下结构存在改变了地基孔压空间分布模式;模型结构地震过程中出现了显著上浮现象,上浮不仅仅发生在孔压累积段,孔压消散段仍存在惯性上浮效应。随着液化区的扩展以及饱和砂土液化程度的增大,变截面地下结构不均匀沉降和倾斜现象显著,地下结构抗浮设计中应考虑截面结构形式差异性。     

堤防地基地震液化的数值模拟

基于Biot动力耦合理论,采用一个经过广泛验证的砂土循环弹塑性本构模型,建立了平面应变条件下土堤地基的地震液化数值模拟方法。以某河流堤防的实际工程为例,应用该方法对土堤地基的地震液化进行了数值模拟,并对地震作用下的超孔隙水压力、加速度、位移等动力反应进行了计算分析,得到了一些对于抗震分析有用的结果。     

水泥搅拌桩加固坝基动力响应分析

以Biot固结方程为基础,采用有效应力法对水泥搅拌桩复合地基及细砂土层进行动力响应及液化分析。该法考虑了阻尼等因素的影响,将应力、位移及孔压等量耦合于Biot固结方程之中,从而可以计算地震期间的孔隙水压力、速度、正应力及剪应力的发展全过程,并探讨了上覆荷载、水泥搅拌桩桩长、置换率等因素对场地动力响应及液化的影响,对地基抗震设计及研究具有一定的指导意义。     

晋江防洪堤抗震液化和变形分析

为了探讨地基液化对防洪堤的影响以及不同碎石桩加固深度的抗液化效果，以应变空间的多重剪切模型为本构关系，同时考虑地基、结构与流体的相互作用，进行非线性动力有效应分析。计算结果表明，8度地震设防天然地基防洪堤顶部上游侧端点的水平残余变形为15．10厘米，竖向残余变形为53．4厘米；地基加固6米后能够满足8度地震抗震设防要求。     

侧向流动地基单桩基础离心机振动台试验研究

该文在清华大学土工离心机振动台上开展了倾斜可液化地基中刚性单桩基础的试验研究, 观测了地基的加速度、位移、孔压和桩基础的弯矩等响应。研究结果显示:地震中地基浅层部分较快达到液化状态, 不同深度超静孔隙水压力的累积与消散并不相同;砂土的液化使得地基的加速度响应发生变化, 有效地过滤了地震波的部分高频段;地震过程中桩身弯矩峰值出现在浅层地基达到初始液化后, 且最大弯矩出现在桩头;倾斜地基使得桩身产生了较大的残余弯矩。由此表明在侧向流动地基中, 液化前、液化后大变形和地震后永久位移三个不同阶段桩的受力并不相同。在进行可液化地基中桩基础的研究中, 应考虑这三个不同阶段桩基础的受力要求。该研究加深了对倾斜液化地基中桩基础的地震响应的理解, 有助于进一步的揭示地震过程中可液化地基桩基础的震损机理。     

自重、渗流及地震耦合作用下人工岛动力稳定性分析

针对人工岛在自重、渗流、地震等耦合作用下动力稳定性研究较少的现状,以某人工岛边坡为例,首次将强度折减动力分析法引入到人工岛动力稳定性分析中,建立有限元数值分析模型,采用Finn-Byrne和修正Hardin-Drnevich动力本构,对多场耦合作用下人工岛液化范围、受力情况及动力稳定性进行分析。计算表明：1）在设防烈度地震作用下,人工岛能够满足动力稳定性要求,由于海底淤泥层抗剪强度很低,地震下的最终破裂面由抛填块石下部与淤泥层共同组成;2）岛内侧降水,使得海水渗流方向由岛外指向岛内,增加岛外侧土体有效应力,提高其抗液化能力,降低了岛内土体的有效应力,因此地震作用下内侧土体更易液化;3）由于受到周围土体的约束作用,土体局部液化不会产生液化大变形,只有液化土体较多才会产生大变形。研究结果为人工岛动力分析提供参考。     

西克尔水库地震液化模拟分析

地震作用下地基液化是造成土石坝结构破坏的主要原因之一。本文以西克尔水库为例,针对易液化地基,利用有限差分法FLAC^3D,对地震作用下发生的液化过程进行了数值模拟。计算结果表明,西克尔水库坝顶裂缝的形成主要与地震作用下的地基液化有关,且在坝后增加盖重的措施对抗震作用较明显。     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

浅埋矩形RC结构物地震液化上浮有效应力分析

场地地震液化可导致浅埋结构物上浮和破坏加大.应用基于多重剪切机构塑性模型的有效应力分析方法,以探讨液化场地中浅埋大断面矩形RC结构物的地震液化上浮特征,进而探索结构物与液化土间的动力相互作用机制.研究得出结构物液化上浮位移和侧向位移随着地震强度增强而增大,且场地液化模型的结构物上浮值和侧向位移值明显大于未发生液化模型相应的数值;对场地发生液化的模型,结构物的等效剪切变形小于土体剪切变形,顶底板与土层的相对侧向位移较大,而结构物侧壁与土层的相对垂直位移则较大,不同埋深处结构物与土层间的相对位移差随着场地液化发生而剧增,而对场地未液化模型中各数值则几乎相等且较小.     

分析层状土介质中群桩对任意入射地震波响应的半解析法

本文舍弃桩基动力分析中的土介质平面应变假定，采用薄层内位移线性变化条件下的动力Ｇｒｅｅｎ函数形成桩－土－桩动力相互作用所需的土介质柔度矩阵，用梁单元模拟桩的运动，以地震波入射为初始运动输入，建立了适用于群桩基础对任意入射地震波响应的半解析分析模型，研究了层状土介质中群桩对不同角度入射ＳＨ、ＳＶ和Ｐ波的动力响应。结果表明，本文提供的方法不仅可以避免平面应变解的低频误差，具有较高精度，而且计算工作量较少。     

地震波作用下的FDV土层单桩桩顶放大效应

将基岩上的土体视为黏弹性介质,且土体的本构关系利用分数导数黏弹性(FDV)模型来描述。借助三角函数的正交性和土体的边界条件求解SH简谐地震波作用下FDV场地土的水平振动位移。以土体中的圆形截面端承桩为研究对象,将桩土之间的相互作用等效为动力Winkler弹簧－阻尼器,在Novak平面假定的基础上求得由于桩土相互作用引起的FDV土层的径向和环向位移,进而得到了等效动力Winkler弹簧－阻尼器的刚度系数和阻尼系数,在此基础上求解SH简谐地震波作用下FDV土层中单桩的水平振动,得到了FDV土层中单桩桩顶的放大因子。研究表明：分数导数的阶数和土体模型参数对SH简谐地震波作用下FDV土中单桩的共振有较大的影响;在低频时桩土的密度比和模量比对FDV土中单桩桩顶放大因子影响很小,在高频时有一定的影响。     

基于物理力学机制的黄土震陷数学估算模型

通过分析黄土震陷物理力学机制,将影响震陷的主导因素归纳为粘聚力与内摩擦角(土体强度特征)、孔隙比(土体沉降特征)和外部动荷载特性(能量输入特征)等3方面。在此基础上,推导了应用孔隙比描述震陷系数的定量关系;利用摩尔-库伦破坏准则,提出了考虑动应力和固结应力的应力比概念,用以刻画动载输入对土体结构强度的影响;结合室内动三轴试验数据,给出了孔隙比压缩量与应力比之间的定量统计关系。耦合以上分析结果,建立了基于物理力学机制的求算地震动作用下黄土残余应变(震陷系数)的数学估算模型。     

群桩沉降计算的荷载传递法

群桩基础的沉降计算是桩基工程设计不可忽视的关键问题之一。通过对群桩基础沉降性状的分析,以荷载传递法为基础,导得了各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,进而在考虑各桩的存在引起位移的折减后将其迭加,导得了计入桩与桩之间相互作用的桩侧单位厚度土的等效刚度系数;并通过对Boussinesq解进行桩的入土深度修正,从而导得桩端土的等效刚度系数,并在此基础上建立一种基于荷载传递法的群桩沉降计算方法。通过与已有模型桩基试验比较,理论计算与实测沉降吻合较好。     

砂土液化场地桩基地震反应分析

用整体动力有限元方法进行砂土液化场地桩-土-结构动力相互作用及桩基地震反应分析。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟；在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处，用补充约束方程的方法进行节点耦合，使两种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩-土-结构及荷载参数，重点讨论了三种不同情形下砂土液化场地土-结构相互作用对桩基地震反应的影响，分析和比较了三种情形下体系1至6阶的自振周期、基桩危险截面处的位移与内力时程和最不利时刻桩身的位移与内力等，得到了一些对工程实际有益的结论。     

ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。     

Finite–infinite element for dynamic analysis of axisymmetrically saturated composite foundations

The formulations of axisymmetrically infinite elements for dynamic analysis of vertical vibration problems in unbounded saturated composite foundations are presented. The theoretical basis as well as the implementation of the elements is discussed, and the element decay functions are derived using the analytical solutions of axially symmetric configurations. Using the proposed finite–infinite element method, the surface vertical displacements of air‐saturated soil (‘dry’ soil) and of water‐saturated soil with extremely low permeability subjected to a surface point excitation (called as the Lamb's problem) are calculated and the results agree very well with the existing theoretical solutions of single‐phase elastic media. As an application, the velocity admittances of a concrete block resting on cement mixing‐pile or gravel‐pile saturated composite foundations are calculated. The influence of soil permeability and pile rigidity on the dynamic response of the composite foundations is investigated. The method proposed by this paper is a simple and reliable numerical one that could be used to study axisymmetrically dynamic problems of layered saturated media and to get the mechanism of dynamic testing on single‐pile saturated composite foundations. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

宜宾长江公路大桥斜拉桥抗震性能评价

采用单梁式有限元模型对宜宾长江公路大桥斜拉桥的动力特性和地震响应进行了计算,考虑了桩-土相互作用和群桩效应,采用反应谱法和时程分析法对该桥进行了地震反应的对比分析。计算结果表明:桥梁结构的抗震性能满足要求;抗震结构体系采用弹性索梁-塔连接体系是合适的,还可进一步降低弹性索刚度或者采用弹性索+阻尼器体系来减小桥梁地震反应;建议大跨度斜拉桥应该采用反应谱法和时程分析法同时计算,结构内力和变形以这两种方法计算结果的较大值作为抗震设计的依据。     

桩土动力分析中二维接触模型的研究

根据桩土动力相互作用中的接触界面特性,提出了考虑桩土分离、滑移以及桩基提离效应的二维接触模型的本构行为,推导了其相应的单元刚度矩阵,同时引入阻尼成分考虑了桩土动力相互作用中部分能量的耗散问题,并研究了二维接触单元的厚度选择。通过算例分析,得出在中小地震作用下应用接触模型计算得到的上部结构的加速度反应、水平位移反应都较Goodman接触单元有不同程度的降低,且强震作用下的接触模型反映出了桩土动力相互作用中的桩土分离、滑移以及桩基提离效应。