水平地震作用下地下结构考虑转动时的动力响应

利用分析力学的Lagrange方程,推导了地下结构在水平地震作用下同时考虑结构的平动和转动效应的运动方程.为了简化计算,将地下结构假定为矩形刚体,地基采用温克尔弹性地基模型,且不考虑结构与周围土介质的阻尼作用.首先得到了地下结构与土相互作用时的动能和势能,然后利用分析力学的Lagrange方程推导出了结构的运动方程.通过算例研究地下结构在水平地震作用下考虑转动分量和不考虑转动分量时的受力差别.     

海底隧道地震动力响应研究

高水压作用下海底隧道的地震动力响应是一个需要深入研究的问题.基于Winkler地基模型,利用动力平衡条件和微分关系推导出了仅由弯曲引起的梁振动方程,利用分离变量法求得了海底隧道的振型和自振频率,并推导出了地震作用下海底隧道与地基之间的动力相互作用系数以及隧道结构位移表达式.通过算例计算研究了水压对于结构的自振频率、结构位移以及相互作用系数的影响.研究表明,高水压作用下结构的地震动力响应不可忽略.     

确定非均匀土层自由场地震动二维简化模型

研究了非均匀土层自由场地震动的二维简化模型.取非均匀土层剪切模量沿深度按幂函数变化(G=G0zp,其中G0和p为常数).首先,利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程;再采用分离变量法来求解该方程,根据波的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到水平分量的解析解;然后,将水平分量的解析解带入原二维波动方程组中,将原二维波动方程组转化为一维形式.再利用MATLAB计算软件计算出其数值解;最后,通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行比较.     

深部巷道分区破裂化计算理论与实测对比研究

通过深入研究深部工程围岩压力、位移累积大小和应力应变峰后下降快慢对围岩能量汇聚与释放、耗散与储存的特征影响关系,发现随工程埋深增加,围岩释放能量随破坏影响范围具有等级递减特征规律。首次提出围岩压力与扰动荷载"静动"组合作用理论计算模型,弄清了深部岩体动载扰动下含能岩体势能转化为动能的规律,给出了围岩分区破裂化序列大小规模相适应的特征能量阈值,揭示了"静动"组合特征能量大小是决定产生分区破裂化的关键机制。通过与现场实测和室内模拟实验结果对比,验证了理论与计算方法的正确性。提出的特征能量因子及其理论方法为探寻复杂岩土工程(如复杂边坡等)灾变预测、预报及防控提供了新的理论与技术路线。     

四边固支下地下结构底板竖向地震作用下动力响应

研究四边固定支撑情况下的地下结构底板在竖向地震作用下的动力近似解析解,首先得到结构底板的运动微分方程,通过采用结构动力学与弹性力学理论基础,并且依照四边固定支撑情况计算底板特征频率和振型.在输入地震竖向分量的振动形式后运用分离变量法解出受迫振动方程的特解,计算得到底板的相对位移和绝对位移,通过位移继续求解底板的受力情况.根据底板受力情况,对地下结构进行抗震性能分析.     

纵向剪切波作用下长型地下结构与Pasternak地基相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对于结构与地基动力相互作用的影响,采用Pasternak地基模型,分别建立长型地下结构静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程.通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程,利用微分算子法分别求得静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程的解析解.通过算例计算,考虑地基土硬度对于地基基床系数k0、剪切波速vs、泊松比υ、地基土剪切模量G0的影响,比较并分析静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别,得出当地基土硬度较大的情况下惯性力影响较小的结论.     

深部巷道围岩塑性区演化的理论模型与实测对比研究

在高地应力作用下,深部巷道围岩的变形破坏过程表现出了显著的时空效应,研究围岩塑性区的演化规律有助于支护方案的设计与围岩稳定性分析。深部围岩的变形破坏可以看作是其力学性质由固体向流体转换的过程,具有连续渐进相变的特点。结合统计物理学观点,从能量与变形的角度分析了深部围岩塑性区的演化规律：采用有限差分法求解了围岩塑性区演化的kink波解,分析了各参数对塑性区演化过程的影响规律;通过岩石密度–波速关系曲线以及质量守恒定律,建立了围岩波速与塑性应变之间的定量关系,可反演出围岩的变形与应力状态;通过与现场实测数据进行对比,发现kink波解可以很好地描述围岩塑性区的分布及演化规律,验证了理论模型的准确性,可为深部围岩的稳定性分析及灾害防控提供新的思路。     

可液化场地下不同因素对地下结构动力响应的影响

目前,我国在地下结构抗震分析与液化破坏研究中尚存在诸多问题,需要深入研究地下结构的动力响应分析的影响因素:对不同结构截面形式、水平-竖向波共同作用、不同地震波输入.在地震作用下处于可液化场地的拱形结构和矩形结构的受力形式和最不利受力位置;模型分别在竖向波以及横向波单独和共同作用下,孔压比幅值也不相同;不同地震波对结构的受力形式影响不大,却对结构加速度影响十分巨大.这些问题的研究分析对可液化场地下结构在地震作用下的动力响应规律与液化破坏形式具有重要的工程应用价值和意义.     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。