基于Rockfall数值模拟的边坡落石防护网修复加固方案研究

某水电站尾水支洞边坡多次发生落石灾害,原被动防护网已发生局部破损,严重威胁着尾水支洞施工期和运行期的安全,需对原防护网进行修复加固。由于山体陡峭、地貌复杂,人工调查无法确定落石源,采用高精度无人机航摄初步排查出四处可疑危险源区域,利用Rockfall软件进行落石轨迹模拟计算,通过对比分析计算成果与观测到的落石落点位置与威胁区域分布情况,反分析确定了两处落石源。在此基础上,根据落石源的落石运动特征,复核分析了原防护能力不足的原因,发现原防护网的能级和高度不足是导致落石灾害发生的主要原因。通过提高防护网的能级和高度,提出了原位修复和增高加固两种方案。研究结果表明:两种方案均能有效减小落石威胁区域面积、降低落石率、改善运动特征参数。其中增高加固方案的防护效果更加显著,落石被全部拦截,落石弹跳高度和动能的最大值分别降低了69.64%、66.02%。对被动防护网破损部位的修复加固,综合考虑现场实际情况与落石模拟计算成果进行修复方案设计更为科学合理。研究成果可为该工程的落石防护方案提供科学依据,为类似工程设计与落石分析提供参考。

藏东南冰碛体剪切特性受冻融循环的影响及改良

藏东南地区广泛分布着冰碛体堆积体,此土体严重影响工程安全。为了研究冰碛体的剪切性能并对其进行改良,运用相似原理配制出级配良好的冰碛体相似材料,分别在不同冻融循环次数和不同含水率的条件下,对冰碛体相似材料开展了直剪试验,同时掺入机油和粉煤灰外加剂进行三轴试验,研究其对冰碛体相似材料抗剪强度参数的影响。结果表明:(1)直剪试验过程中,随着垂直压力的增大,冰碛体的位移-剪应力曲线由弱应变软化型转变为弱应变硬化型。(2)含水率变化对冰碛体抗剪强度的升降受到冻融循环次数的影响。(3)冻融循环为5次是冰碛体材料抗剪强度的分界线。(4)机油和粉煤灰对冰碛体抗剪强度指标(咬合力和内摩擦角)的影响相反。

极高地应力软岩隧道非对称变形机理及支护优化研究

针对极大断面公路隧道施工中出现的非对称大变形问题,考虑高地应力第一主应力与隧道轴线关系、层状软岩夹层与互层状态、掌子面软岩空间不对称、地下水等因素,基于对工程地质条件、围岩与支护结构失效及破坏特征的分析,结合岩样物理力学特性室内试验研究及地应力实测情况,探究了非对称大变形形成机理并提出针对性的支护结果优化方案。结果表明:高地应力层状软岩隧道围岩不对称变形是在岩层倾角α、最大水平主应力与隧道轴线夹角β和岩层夹角γ、围岩岩性和地下水综合作用下的大变形,围岩不对称部位由以上几种因素共同决定;当主应力σ1与隧道轴线既不垂直也不平行时,会产生挤压性偏压构造水平地应力,使隧道横断面侧向受力不对称,发生偏压性非对称大变形;通过改变锚杆的布设方式、提高超前注浆小导管的长度和刚度、喷射临时封闭、在防水板与喷射砼间增加高密度橡塑海绵板缓冲层等措施,可以有效的减少变形量,防止围岩因开挖扰动而松动和坍塌。

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

冻融作用下断续节理岩体损伤与力学特性研究

寒区断续节理岩体受冻融作用影响易发生失稳破坏。为探究冻融作用下节理特征对岩体损伤与力学特性的影响,使用相似材料制备不同节理倾角、岩桥长度的断续节理试样,并开展冻融循环试验。通过对冻融试样进行损伤分析与单轴压缩试验,得到了各类试样的劣化损伤特性及其对抗压强度与破坏模式的影响规律。研究表明:冻融作用下,断续节理类岩石试样的劣化模式以片落模式为主,裂纹模式为辅,且不同节理特征试样间存在冻融损伤差异;节理特征与片落损伤的关联较小,但对裂纹扩展的影响显著,节理倾角越大,裂纹发育越不明显,岩桥长度越短,裂纹贯通越迅速,裂纹扩展程度不同是造成试样间冻融损伤差异的主要原因;在差异性冻融损伤的影响下,各类试样的抗压强度普遍降低,并随节理特征的变化表现出不同的强度损失规律;试样破坏过程中延性增强,节理尖端的拉伸裂纹减少、剪切裂纹增多,部分类型试样的破坏模式与岩桥贯通模式发生改变。

上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

柱脚不同连接形式钢框架-摇摆墙结构抗震性能对比分析

增设摇摆墙后框架结构地震下柱脚仍会发生一定程度的塑性损伤,将柱脚设置为铰接或提离后有望减轻上述缺陷。以三层、六层和九层钢框架为基准模型,分别建立柱脚固接、铰接及提离三种框架-摇摆墙结构模型并进行动力弹塑性时程分析,对比各结构最大侧向位移、层间位移角、峰值加速度、层间剪力、墙体剪力和弯矩等;进一步建立耗能连梁固接和铰接的对比模型,研究连梁连接方式对结构抗震性能的影响。结果表明:三层模型中柱脚固接时侧向位移、层间位移角、加速度、层间剪力及摇摆墙墙体剪力的控制效果最优,六层、九层模型中分别对应柱脚提离和柱脚铰接效果最好;摇摆墙墙体剪力图和弯矩图分别呈现“C形”和“反C形”,柱脚固接时墙体弯矩均为最小,与层数无关。柱脚固接耗能连梁两端采用固接最优,柱脚铰接和柱脚提离时耗能连梁两端采用铰接形式效果更优。此分析可为框架-摇摆墙结构进一步推广应用提供参考。

利用微动台阵初勘目标区断裂位置及地层分布情况——以滨海区评为例

在滨海某地震安全性评价项目中,针对目标区面积大、覆盖层厚度大、地下隐伏构造复杂等问题,采用微动勘探方法加密观测目标区,获得了界牌-滨淮农场断裂的空间位置、目标区三维S波速度结构;并将微动探测结果与主动源地震勘探、剪切波速测井展开对比分析。结果表明:(1)针对界牌-滨淮农场断裂,微动探测与主动源地震勘探两种方法所揭示的断裂特征较为一致,作为初勘成果具有较强的应用价值;(2)在100 m深度范围以内,微动探测与波速测井所获得的剪切波速度值相近,因此微动探测技术可用于场地类别的快速判定;(3)微动探测技术相比测井和主动源地震勘探,可更经济快速的探明深部地层的速度结构,为目标区地层三维建模提供拓展资料及修正依据。

国家地震烈度速报江苏子系统震源机制解产出分析

国家地震烈度速报与预警系统江苏子系统震源机制解参数速报集成了TDMT_INV方法,可直接读取震相进行震源机制解反演计算并产出。为验证该方法获得震源机制解的准确性,选取2024年1月17日江苏东台3.0级地震和2023年12月7日江苏赣榆海域3.8级地震这2次3级以上地震,采用TDMT_INV、CAP和FOCMEC方法计算其震源机制解,分析三种方法所得结果差异。东台3.0级地震位于江苏预警站网网内,三种方法都可获得较为稳定的震源机制解结果;赣榆海域3.8级地震位于江苏预警站网网外,TDMT_INV方法仍可获得较为稳定的震源机制解结果。

水下抗分散水泥土正交试验及配比优化方法研究

水流经过桩基时会形成漩涡侵蚀床面,影响桩基及上部结构的稳定性,冲刷治理是工程界关注的热点问题。为促进固化土技术在桩基冲刷修复中的应用,设计开展了抗分散水泥固化土系列正交试验。针对高岭土和淤泥土,选用PAM、EVA、黄原胶、HPMC四种抗分散剂,采用平均效果分析和极差分析,研究了抗分散剂种类、抗分散剂掺量、含水量和水泥掺量对流动度、浊度、7 d和28 d无侧限抗压强度的影响。结果表明:对于高岭土,抗分散剂掺量从0.25‰增大到1‰,水泥土流动度减小20%,浊度减小25%,抗分散剂掺量对流动性和抗分散性的影响显著。对于淤泥土,对抗分散性影响显著的仍是抗分散剂掺量,而对流动性的影响显著的则是含水量,含水量从1.4倍液限增大到2.0倍液限,水泥土流动度增大45%。基于综合平衡法、矩阵分析法和多元线性回归模型,提出了一种抗分散水泥土配比设计方法,研究得到了高岭土和淤泥土抗分散水泥固化土的推荐配比,其在泥沙起动实验中的抗冲刷特性明显优于原始土样。

泸县6.0级地震城市建筑群震害模拟与震害机理分析

结合建筑群震害调查与精细化数值仿真等手段,对城市建筑群的震害机理进行研究。首先,建立了泸县6.0级地震中泸县县城的建筑群震害仿真模型,并采用现场震害调查数据,从典型小区、城市整体两个层面,对模型的有效性进行验证。基于震害仿真模型,选取4条具有不同持时和频谱特性的地震动,比较不同地震动对泸县建筑群的破坏力特征,研究不同地震动破坏力随时间和峰值加速度(PGA)的演化特征。研究结果表明:地震动的频谱特性对不同层数、不同类型建筑具有选择性破坏作用,进而影响城市建筑群损伤程度与分布;不同地震动在不同时刻破坏力差异很大,进而导致建筑群损伤发展速度差异明显,前期破坏力较低的地震动仍可能对在后期对建筑群产生严重破坏;对地震动的PGA进行归一化,当PGA较小时,不同地震动造成的建筑群损伤程度接近,随着PGA的放大,不同地震动作用下建筑群损伤差异不断增大,其损伤指数差异可达数倍。

基于代理指标的供水管网抗震改造优化

基于水力模型计算的管网供水量满足率(SSIQ)指标,是评估供水管网震后性能的常用指标。在供水管网抗震改造优化模型中,若采用SSIQ表示优化目标函数,优化求解需进行大量水力模型计算,计算耗时很长。为减小管网抗震改造优化模型的计算量,对节点流量韧性指标(FR)进行了改进,增加了管道破坏漏水能量损失的影响项,提出了一种管网能量指标(Energy Resilience, ER)表示震后管网性能;以ER指标作为SSIQ的代理指标,用于量化抗震改造优化模型的目标函数。仅通过管道地震失效概率、管网震前正常运行工况的水力参数计算ER指标,不必进行震后管网水力模型计算,以期提升优化模型计算效率。以供水管网震后性能最大化和改造费用最小化为目标,以管道抗震改造措施为优化变量,建立了管网抗震改造多目标优化模型,并比较了ER指标、FR指标以及两个拓扑代理指标的替代效果。案例管网应用结果表明,ER指标与SSIQ指标相关系数呈现强相关性,基于ER指标的优化方案与基于SSIQ指标的优化方案的差异小于3%,ER指标优化模型计算时间不足SSIQ指标优化模型计算时间的1%。

海域地震动强度包络模型研究

人工模拟地震动是目前开展海洋工程结构抗震分析的主要地震输入分析。强度包络函数是人工模拟地震动的重要参数,决定了地震动的强度非平稳性特性,并对地震动持时起控制作用。目前的地震动强度包络模型均是基于陆域地震动记录统计分析得出,无法准确反应海域地震动的强度特性。因此,基于日本K-Net强震动观测台网的实测地震数据库,分析海域地震动在时域中强度分布特性;提出适用于海域地震动的三段式强度包络模型,回归得到震级M、震中距R及关键参数上升段t_(1)、强震平稳段ts、下降段衰减率c(无量纲)的计算表达式;研究震级、震中距对海域地震动强度包络模型的影响规律,并探讨海域地震动与陆域地震动强度包络模型的异同。研究结果表明:海域地震动强度包络模型中关键参数上升段t_(1)、强震平稳段ts、下降段衰减率c的取值范围分别为[13~52 s],[12~79 s],[0.037~0.173];震级对关键参数(t_(1)、t_(s)、c)的影响要大于震中距;与陆域地震动相比,海域地震动的强度包络模型的下降段衰减率c相差显著,且各关键参数的分布范围更大。

气幕均匀性影响因素及其隔尘效果研究

近年来,空气幕作为一种有效隔绝易于扩散粉尘的装置,被频繁地用于矿山、隧道施工过程中产尘较多的场所,而均匀的气幕会带来更佳的隔尘效果。运用Fluent数值模拟结合相似实验的方法分析了气幕直径和气幕内部风道结构变化对气幕均匀性的影响,并将设计后可以均匀供风的气幕安装在实际施工隧道模型中模拟分析其隔尘效果。结果表明:直径增加,供风装置内气流轴向惯性力降低,有充足的时间改变流出方向,气幕装置轴向静压更加均匀,形成气幕更加均匀,但直径的变化对气幕均匀性的影响不是线性变化的,即存在一个临界直径使直径继续增加对均匀性的改善效果不明显,并且气幕临近直径的范围会随供风装置长度的增加而增加;在长度1 m、临界直径180 mm的气幕装置基础上,依据风道设计原理安装计算出的弧高为149.9 mm的楔形扇面阻体后,气幕装置内部平均压力梯度从38.4 Pa/m降低到19.3 Pa/m,出口风速均匀度从87.6%提高到93.2%,气幕均匀性显著提升;安装气幕后,隔尘区域内回弹的含尘气流被阻隔,区域内风流变得混乱复杂、涡流增加,粉尘停留时间增加,相对较大的粉尘颗粒有更长的时间沉降。整个隔尘区域粉尘浓度明显升高,气幕隔尘效果显著。

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)的力学性能,设计制作了30个CSSC试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后CSSC微观结构变化机制,得到了受火温度对CSSC力学性能的影响规律,揭示了高温作用后CSSC的力学性能退化机理。结果表明:随着受火温度的增加,CSSC力学性能不断劣化。T=200℃时CSSC轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了26.52%,6.19%,混凝土具有较好的力学性能;T=400℃时CSSC弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为65.48%,但与T=200℃相比混凝土轴心抗压强度上升了6.4%;T=600℃时CSSC轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为66.74%;T=800℃时CSSC破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。

一种新型结构与保温一体化复合墙板节点试验

为解决复合墙板节点常见的保温板易燃、易脱落等棘手问题,并使其抗震性能良好。给出了一种新型的结构与保温一体化陶粒混凝土T型复合墙板节点。该复合墙板节点具有夹芯独特构造优势,主要表现在绿色节能,轻质高强,力学性能好,保温系统连接可靠,还能杜绝火灾的发生。通过对T型复合墙板节点进行抗震试验,分别研究了其滞回性能、破坏机理、承载及变形能力、延性、耗能、损伤等。结果表明:一体化复合墙板节点的破坏顺序为腹板-翼缘-节点核心区;薄弱位置主要发生在腹板脚部,混凝土被拉裂或压碎,钢筋被拉长或压弯等;节点核心区受力相对良好,安全储备充足;符合“强节点,弱构件”设计要求和墙板革新发展政策。延性系数大于3,墙板节点安全性能良好。通过损伤指标评估分析,了解了试件各阶段工作状态。

基于随机森林优化算法的城市群洪涝灾害韧性时空演变研究

为了提升城市应对灾害的能力,对城市洪涝灾害韧性进行研究。基于“驱动力-状态-响应(DSR)”模型建立城市洪涝灾害韧性评估指标体系,采用随机森林优化算法(RF)构建城市洪涝灾害韧性评估模型,通过均方根误差(RMSE)和决定系数(R2)评价模型性能。以关中平原城市群为例,分析西安、宝鸡、咸阳、商洛、铜川、渭南、临汾、运城、平凉、天水、庆阳等11座城市2011~2020年的城市洪涝灾害韧性时空演变规律。结果表明:驱动力和状态对城市洪涝灾害韧性水平影响较大,响应对城市洪涝灾害韧性水平影响较小;在时间序列上,关中平原城市群各城市洪涝灾害韧性水平发展存在较大差异,但整体处于平稳上升的状态,其中铜川的城市洪涝灾害韧性水平提升最为明显;在空间格局上,城市群洪涝灾害韧性水平呈现出由核心城市向外围递减的空间结构特征,各城市的洪涝灾害韧性等级的空间分布存在不均衡的现象。研究结果可为关中平原城市群韧性城市建设提供指导。

盐城市城区土层剪切波速与土层深度相关性分析

剪切波速是评价土体力学性质的一个重要参数。为分析盐城市城区土层剪切波速与土层深度之间的相关性。收集了盐城市城区场地地震安评和区域性地震安全性评价工程中384个钻孔29925条剪切波速,对剪切波速度与土层深度数据进行处理,采用线性、多项式及幂函数3种模型对4类土剪切波速随深度变化进行回归分析,给出了4类土剪切波速随深度变化的三种关系式及相应的回归参数。将三种模型计算得到的剪切波速预测值及实测值进行对比分析与检验。结果表明,盐城市城区土层的剪切速度随着土层深度的增加而增加,拟合优度均在0.80以上,Ⅲ类场地粘土的相关性系数达到0.949;给出的各类岩土体的剪切波速与土层深度经验关系模型较为可靠,预测精度均较高。研究结果可供盐城城区无场地剪切波速数据时参考使用。

城市曲面应急防洪屏结构优化研究

研发新型防洪抢险装备,对于防御城市洪涝灾害,保障城市生命线安全具有重要的意义。采用数值仿真模拟的方法,分析了城市曲面应急防洪屏(以下简称“防洪屏”)曲面拱度对结构受力特性的影响,进一步对防洪屏的结构体型进行了优化研究。结果表明:在同一挡水工况下,随着曲面拱度的增大,防洪屏在同一挡水条件下,所承受的应力逐渐减小,变形明显改善;根据计算结果提出了优化方案,优化的新体型防洪屏在水深小于0.8 m,流速小于1.0 m/s挡水工况下,结构最大应力小于材料特性指标安全极限阈值,满足挡水安全稳定要求,可以作为定型装备推广应用。研究成果为城市曲面应急防洪屏的优化设计提供了重要参考依据。

基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析,以一跨越西安f4地裂缝的五层框架结构为研究对象,基于振动台试验和ABAQUS有限元分析结果,进行了BP神经网络模型的模型训练,选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标,采用加权系数法,开展了构件、楼层、结构三个层面的损伤预测分析,给出了不同地震作用下结构损伤程度评估。结果表明:地裂缝场地结构表现出明显上下盘效应,结构首层为薄弱层。BP神经网络损伤预测值与有限元计算值在不同工况下均较为一致,其对于构件、层间、整体结构损伤指数预测最大误差分别为8.86%、5.66%、7.57%,该研究成果为跨越地裂缝结构的性能评估提供一种准确且高效的研究方法。