土体滑坡监测联动式预警模型及其应用

基于当前滑坡监测预警信息系统的预警模式下滑坡预警工作存在较多误报的现象提出了“联动式预警模型”进行滑坡的监测预警方法,利用大量的滑坡变形监测数据,采用综合指数法构建了滑坡变形滑动时的预警模型,可以联合判断滑坡的整体运动状态并进行预警预报。该模型分别从滑坡监测设备类型、滑坡体分区及监测点变形状态3个方面进行综合判定:首先根据监测设备的不同给予其不同的权重,然后依据监测设备所处滑坡的不同位置确定其对应的权重,最后根据监测点处于滑坡变形破坏的不同阶段确定其对应的变形分值,经过综合计算最终确定出滑坡滑动的预警分值。将此模型应用于渐变型土体滑坡的监测预警,可有效减少预警中存在的误报现象,提高监测预警效率,也可用于同类滑坡监测预警的推广。

基于主成分分析和优化支持向量机的砂土地震液化预测

对影响砂土地震液化的9个影响因素进行主成分分析,提取了4个主成分,同时引入支持向量机建立了砂土地震液化预测模型,并结合工程实例,将预测结果与未进行主成分提取的优化支持向量机模型预测结果进行对比。结果表明:基于主成分分析和优化支持向量机的砂土地震液化预测模型精度更高,可以为震灾防治工作提供有效支撑。

三层地铁车站振动台试验分析

为了探究多层地下结构地震破坏机理,进行了三层地铁车站振动台试验。试验采用微粒混凝土模型,严格按照相似比和配筋率对模型进行加筋配置。填土采用哈尔滨地铁施工挖掘出的扰动土。装土箱采用自主研制的层叠剪切箱以减小边界效应。通过对试验加速度和应变的分析可得到以下主要结论:(1)地下结构在地震中的破坏,主要是由位移控制的;(2)多层地下结构在地震中,顶层破坏最为严重,底层破坏最轻;(3)增加延性是提高地下结构抗震性能的有效方法。

不同方向地震动作用下水平层状边坡动力响应特性

在斜坡的动力响应分析中,地震动的激振方向是影响斜坡动力响应规律的主要因素之一。本文以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡岩性及结构为模拟特征,通过对水平层状岩质斜坡开展振动台模型试验,探究地震动方向对斜坡动力响应规律的影响。以输入峰值加速度0.3 g的正弦波和天然波为例,着重对比分析斜坡模型在水平向、竖直向及合成向激振波作用下的加速度动力响应规律。研究结果表明:水平向上,在不同频率的地震动作用下,斜坡的中上部的加速度动力响应较之下部更为显著,X向地震动作用下斜坡的加速度动力响应沿高程呈较强的线性增大特征,而Z向地震动作用下斜坡的动力响应却表现出明显的非线性,且斜坡在合成向天然波作用下的响应规律表现出明显的P-Δ效应;竖直向上,Z向地震动作用下斜坡坡表和坡内的加速度响应值会随着频率的增加而不断减小,出现逐渐衰减和频散的现象。

地震作用下海底沉管隧道的动力响应分析

基于黏弹性人工边界理论,将地震动的输入转化为作用于人工边界的等效荷载来实现波动的输入,利用有限元软件ADINA建立了海水-沉管隧道-海床的整体分析模型,在模型的海水与海床的交界面处设置流固耦合边界来考虑海水与海床的流固耦合动力反应,分析了地震P波垂直入射作用下,海水深度、沉管隧道的埋置深度和海床土的弹性模量对沉管隧道结构地震反应的影响。结果表明:地震P波垂直入射作用下,海水深度和埋置深度对沉管隧道结构水平向与竖向的动力响应影响明显,而海床土弹性模量则影响不大。本文的分析结果可以对沉管隧道结构抗震设计方面提供参考依据。

小比例尺地下结构振动台试验模型土的设计与试验研究

基于结构与地基土相似设计相匹配的原则,通过采用卓越周期相似关系来简化锯末混合模型土,进行小比例地下结构振动台模型试验研究。通过对不同配比的锯末混合土进行共振柱试验,在采用等效线性本构模型分析原型土和混合模型土的特性参数(Gmax和G/Gmax-γ)的基础上,进一步确定了混合模型土配合比。对采用本文方法设计的自由场地模型土进行了一致地震激励下的振动台试验。试验结果表明:简化设计模型土满足了小比例地下结构振动台试验主要相似关系,取得了良好的试验效果,为以后进行土-地下结构相互作用的振动台试验奠定了坚实的基础,并且可以为类似试验提供借鉴。

复杂大型地铁地下车站结构非线性地震反应分析

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,对上层为五跨和下层为三跨的地铁车站结构的抗震性能进行数值计算,考虑了土体与混凝土的强非线性特性和土与结构接触非线性特性,分析了结构的层间位移反应特征和结构构件连接部位的应力反应规律,以及结构构件的动态损伤演化规律。研究结果表明:车站结构柱子底端的应力反应大于顶端的应力反应,边柱底端的反应大于中柱底端的反应,下层柱底的应力反应大于上层柱底的应力反应;车站结构的上层侧墙的顶底部结点的应力反应明显比下层侧墙的对应位置结点处的要大;车站结构顶板的中跨端部结点的应力反应明显比侧边跨和侧中跨的要大;车站结构中板的侧中跨端部的应力反应明显比中跨端点处的要大,同时中跨端点处的应力反应又要比侧跨端部的要大;下层右中柱及下层侧墙底部外侧均为破坏最为严重的区域。研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及其抗震设计水平提供合理的参考与指导。

液化土体流滑推桩效应的振动台模型试验

设计并开展了水平和倾斜可液化场地单桩振动台模型试验,考虑桩顶附加质量块、底部嵌固条件以及长径比3个因素,研究了液化土体流滑效应对单桩动力反应的影响。试验观察到场地局部喷水冒砂、土体流滑以及桩身倾斜等宏观现象。分析结果表明:单桩在土体流滑推力作用下发生了不对称运动,桩顶加速度反应和桩身拉、压应变的不对称性明显。土体流滑对底部非嵌固、桩顶附加质量块时的单桩动力反应的影响最为显著。基于试验结果我们认为倾斜场地土体流滑对摩擦型桩基的力学作用是负面的,其主要影响体现在加大桩顶附近应变反应以及造成桩身倾斜。

芦山7.0级地震宏观场地效应

继汶川地震之后,2013年4月20日四川省庐山县又发生了7.0级强烈地震,其场地条件对震害的影响目前认识较少。通过专项工作,考察了雅安雨城区、芦山县、天全县、宝兴县等地区的结构震害及其场地条件,包括软土场地、老河床、不利地段、潜在滑坡等,分析了不同场地条件与震害的关系。结果表明,此次地震震害与场地条件有较密切关系,震害形式主要表现为软土震陷、河谷地形控制震害分布、不利地段加重震害、潜在滑坡的威胁、地质灾害堵塞交通等,其中软土震陷、河谷地形震害分布、不利地段处理都是值得深入研究的问题。

FBG传感系统在桩基侧向动力响应中的应用研究

液化土体中桩基侧向动力响应一直是目前岩土工程界和地震工程领域关注的热点研究问题之一。本文基于振动台实验,首次将光纤布拉格光栅(FBG)技术应用到液化土体桩基侧向动力响应分析方法中。实验结果表明:采用FBG传感系统可以测得桩身侧向动力响应,与传统电阻式应变片法相比简洁方便;FBG测量土体位移同样有效可行,可代替以往加速度积分求解土体位移;后处理得到的桩基侧向动力p-y滞回曲线能更好地反映桩土之间真实的动力本构关系,并与干砂动力p-y曲线相比,探讨两种不同场地条件下桩基侧向动力响应机制与p-y曲线的发展变化模式,为以后液化土中桩基侧向动力响应问题的研究奠定了理论基础。

地铁车站侧墙大面积开洞接风道三维地震响应

基于有限差分软件FLAC3D计算平台,建立典型地铁车站侧墙大面积开洞接风道空间结构的数值模型,研究了其在水平地震动作用下的三维地震响应特性,确定了结构的薄弱部位,结果表明:车站边墙开洞处出现了较大的应力集中区,地铁车站负二层柱的最大或最小主应力总体上比负一层柱的大;与完整单体车站相比,车站侧墙开洞接风道结构的应力和变形幅值均比其相应位置大很多,而开洞处边墙的加速度响应却较小;因开洞使得洞口处下边墙加速度减小的幅度比上边墙的大;单体车站结构负二层的相对水平位移峰值比负一层的大,而侧墙大面积开洞处车站横断面负一层的相对水平位移峰值比负二层的大;同等条件下,输入地震动的主频分布范围越宽,地铁车站结构的变形与内力越大;中柱与顶板连接部位、侧墙开洞处的四周墙体及其附近区域柱子是结构抗震的薄弱部位.

场地沉陷作用下埋地管道屈曲反应分析

土体沉陷是引起埋地管道破坏的重要原因之一,它会引起穿越该沉陷区域的大口径地下管道屈曲失稳,使管道在没有达到拉伸或剪切强度前便退出工作。将管道与周围土体从半无限土体介质中共同取出,建立沉陷作用下的管土相互作用模型。管道以薄壳单元模拟,土体采用实体单元进行离散,采用特征值屈曲分析方法对沉陷区域埋地管道的屈曲稳定性进行了分析,给出了管道发生屈曲时的屈曲模态及对应的沉降量。研究沉陷区长度、管道埋深、管径、壁厚及场地条件等对管道屈曲反应的影响。在文中所用模型与假设条件下发现地下管线埋深较浅时更易发生屈曲失稳,管道径厚比越大管道越易发生屈曲,场地土体越硬管道越易发生屈曲失稳等结论。

土工离心模拟技术在断层错动研究中的应用

近年来,土工离心模拟技术被广泛应用在断层错动引起的地表破裂研究中,取得了丰富的研究成果。本文系统的总结了土工离心机在模拟断层错动研究方面的应用历史与现状,梳理了不同性质断层、不同场地条件和不同试验条件下的试验结果;分析得出不同试验参数对地表变形特征、土层破坏机理、破裂扩展规律及土结相互作用等方面的影响。最后讨论了目前断层错动离心模型试验存在的问题,并提出今后的研究方向。

反倾边坡地震破坏模式及能量判识方法研究

利用大型振动台试验,基于HHT边际谱理论,本文对含软弱夹层反倾岩质边坡地震破坏模式及其能量判识方法进行研究。振动台试验结果表明含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式为中部岩层挤压滑出型。边际谱峰值的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程,且边际谱的识别结果与试验中坡面位移监测结果吻合较好。振动台试验和能量判识方法表明边坡的破坏过程为：0.1 g和0.2 g地震作用下,边坡未出现震害损伤,边际谱峰值随高程增加近似呈线性增加;0.3 g地震作用下坡顶附近出现震害损伤,坡顶出现局部掉块;0.4 g地震作用下,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295-0.6之间,坡体中部出现水平向微裂隙;0.6 g地震作用时,震害损伤位置进一步向坡脚发展,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295以下,上部坡体（相对高程0.8附近）向坡面方向滑出,坡面出现纵向裂隙,并与水平向裂隙贯通,中部软弱夹层被挤出,坡顶被震碎。边际谱辨识结果显示,边坡坡面附近的震害程度弱于坡体内部。本文的研究对认识含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式具有指导意义。

土工振动台试验连续体模型箱的适用性研究

为更加合理地模拟地下结构多台阵振动台试验中场地的连续性,作者所在课题组研制了用于长线性地下结构振动台试验的连续体模型箱装置,该装置是由端部刚性箱、软连接箱及中间刚性箱组成的空间结构体系。运用有限元软件ABAQUS对其进行三维数值模拟,模态分析论证了可不与模型土发生共振的连续箱体构造的合理性,三维数值试验分析了该连续体模型箱在一致、非一致地震激励作用下的"边界效应"及工作中的稳定性。数值试验结果表明,所设计的连续体模型箱性能良好,为本次试验获得成功打下了坚实的基础。

钢支撑及框架-中心支撑双重抗侧力体系研究现状、不足及改进

本文在总结钢支撑滞回性能及高层双重抗侧力体系研究现状的基础上,分析了现象学、物理学及有限元3种钢支撑模拟方法的优缺点,并针对现有支撑模拟方法及支撑疲劳累积损伤研究的不足提出了可行的改进方法。分析了框架-中心支撑双重体系研究中若干关键性问题之后,指出了我国《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)等有关规范中关于双重体系设计相关条款存在的分歧及不足,并提出了通过双重结构体系在罕遇地震下的反应特性模拟分析来统一认识的建议。

风险与重大岩土工程风险基本概念研究

论文在讨论风险定义演变过程的基础上,从哲学层面上,总结分析了风险的概念,认为风险定义具有本体地位,给出了风险的定义为:对人类有价值的事物产生不确定性后果的状态。论述了实在论和建构论的2种不同的风险观,提出了风险理论连续统一体的观点,即从实在论到建构论之间连续分布多种风险理论,各种连续的理论之间没有显著的不同。在分析重大岩土工程不确定基础上,本文提出重大岩土工程风险定义为工程失事对生命、财产、社会与环境以及对工程自身等造成的潜在损失及其概率的综合。该定义强调以重大岩土工程失事或稳定性为研究对象,分析对利益相关者造成的损失或负面影响,关键是确定损失的不确定性,并聚焦影响显著的不确定性因素。

考虑SSI效应的隔震结构体系简化分析方法

基于集总参数SR模型,建立了土-隔震结构相互作用体系动力特性的简化分析模型,给出了土-隔震结构体系动力特性参数的简化计算公式;在此基础上,改进了土-隔震结构体系层间剪力及层间变形的简化分析方法;通过本文方法的计算结果与振动台模型试验结果、《抗震设计规范》分析方法的计算结果对比分析,验证了本文提出的简化分析方法的可行性和易用性。对比分析结果同时表明隔震结构层间剪力的计算在小震时可不考虑隔震层转动效应的影响,而大震时应考虑隔震层转动效应的影响。本文提出的简化分析方法能够合理反映土-隔震结构体系的动力相互作用效应,为隔震结构方案设计时评估土-结构相互作用(SSI)效应的影响提供了简便有效的分析方法。

基于黏弹性解的土层地震反应分析程序LSSRLI-1和SHAKE2000的对比

地震过程中震动传播的局部场地效应通常用一维的场地反应分析方法来考虑,目前使用最多的是线性、等效线性化和非线性三类,其中国内外分别以LSSRLI-1和SHAKE2000为代表的等效线性化程序使用最为广泛。LSSRLI-1是我国地震安全评价程序,提出已有20多年,为我国的防震减灾事业做出了巨大贡献,但也在实践过程中表现出了一些缺点和不足,是否可以改进有待研究。本文以经典波动理论为基础编制了相应的土层反应分析线性计算程序,并与LSSRLI-1和SHAKE2000就硬和软两种场地上地表加速度反应谱和土体剪应变分布进行了对比分析,考虑了不同输入波以及不同震动强度对分析结果的影响,也讨论了土体剪应变计算偏差对地表反应谱的影响。结果表明:硬和软场地上SHAKE2000计算出地表加速度反应谱和土体剪应变分布均符合较好;硬和软场地上传递函数计算中LSSRLI-1、SHAKE2000和精确解三者一致;硬场地上LSSRLI-1计算所得土体剪应变分布同SHAKE2000和精确解相比偏差很小且对反应谱的影响可以忽略;某些情况下,软场地上LSSRLI-1计算出的土体剪应变分布同SHAKE2000和精确解相比明显偏大,该偏差会导致地表响应显著偏小,说明LSSRLI-1用于软场地地震反应分析时其剪应变求解方法有待改进。

大应变作用下含水率对非饱和砂土动力特性影响的研究

本文利用WF循环单剪试验系统,完成大应变下,不同含水率和不同正应力下非饱和砂土的循环剪切试验,并分析了不同正应力条件下,含水率对非饱和砂土动力特性影响的规律。试验结果表明,剪应变γ≥2%,含水率对非饱和砂土动力特性的影响显著:(1)含水率对非饱和砂土滞回曲线的影响存在临界含水率,无论正应力大小,低于临界含水率时,滞回曲线相差不大,而高于临界含水率时,滞回曲线随含水率的增大迅速衰减;(2)峰值剪应力随含水率的变化存在相同的临界含水率,无论正应力大小,当含水率低于临界含水率时,峰值剪应力随含水率增大变化较小,而当含水率高于临界含水率时,峰值剪应力随含水率增大而减小,且正应力越大衰减得越明显;(3)阻尼比随含水率的变化也存在临界含水率。