甘肃积石山M_(S)6.2地震高烈度区震害特征及机理分析

2023年12月18日甘肃积石山县发生M_(S)6.2地震,地震导致震中附近受灾严重,尤其以典型民居震害最为普遍和严重,对于研究典型民居震害机理具有警示意义。为研究典型民居的震害机理,通过震后第一时间的震害现场调查,获得典型民居破坏的第一手资料。针对破坏最为普遍的砖木房屋和砖混房屋作出宏观震害分析,并建立三维有限元数值模型,分析地震作用下两类房屋应力、应变的响应特性,揭示典型民居的地震破坏机理,并给出抗震建议。结果显示,地震作用下砖木房屋和砖混房屋主要以墙体破坏为主,在门窗部位及结构连接处均存在应力集中或应变增大现象,是造成民居震害的重要原因,加强对应力集中部位的抗震措施是减轻灾害的重要途径。研究结果对农村新建房和地震灾后重建具有指导意义。

兰州市某深基坑工程位移监测及变形特性分析

以中国移动甘肃公司一深基坑工程为实例,沿基坑开挖上口线周围共布设20个监测点,在基坑开挖施工过程中,分别对20个监测点的水平位移和竖向位移进行了实时监测。根据监测结果,分别对土钉加预应力锚杆的复合土钉墙、土钉墙和排桩加预应力锚杆三种支护结构的变形特性进行了分析。监测及分析结果表明,该深基坑工程支护设计方案合理,效果良好,满足了设计和环境的要求,本工程取得的经验对兰州地区类似基坑工程具有指导意义。监测结果同时还表明,土钉加预应力锚杆的复合土钉墙、土钉墙及排桩加预应力锚杆三种基坑支护形式在兰州地区的适用性。

兰州地下工程混凝土中钢筋腐蚀防护试验研究

针对兰州地铁建设中地下水SO2-4和Cl-含量较高的问题,基于钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀,通过设计2种模拟液和3种混凝土配合比,选择合适的混凝土配合比,采用CS350电化学工作站,对混凝土中钢筋的电化学腐蚀行为进行研究.结果表明:通过腐蚀电流密度与钢筋锈蚀程度的对应关系,只有浸泡溶液NaCl浓度为20g/L、MgSO4浓度为5g/L中第二种配合比混凝土中钢筋未产生腐蚀,其他5种钢筋均出现了不同程度的低腐蚀现象.通过2种模拟液不同配合比混凝土中钢筋的腐蚀速率对比分析,除了其中一组,其他几组均为混凝土水灰比越小,混凝土中钢筋的腐蚀速率越小;选择第二种混凝土配合比为较优混凝土配合比.

盐渍土工程性质的改良研究进展

盐渍土中的盐分在外界环境的作用下会发生反复的结晶和溶解使土体性质不断劣化,这一过程对盐渍土地区的基础设施产生了严重的危害,因此,对盐渍土进行合理有效的改良已经成为工程建设中急需解决的问题。通过回顾国内外相关文献,本文概述了盐渍土经过化学方式、物理方式、生物方式改良后工程性质的变化以及产生的再生问题,并对部分再生问题提出了合理的解决方法,其中化学改良方式为本次综述的重点。研究表明,三种改良方式均可有效改善盐渍土的工程性质但侧重点有所不同,并且每种改良方式都存在一些缺陷,下一步还需加强对这些缺陷的解决方式的研究。除此之外,在改良盐渍土的耐久性和动力学性质、微观结构的分析、土体改良工艺的优化和特殊盐渍土的治理等方面还需更进一步的研究和探索。

近断层脉冲型地震动下调谐黏滞质量阻尼器减震结构易损性分析

选择典型脉冲型近断层地震动记录分别对一安装有调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)、黏滞阻尼器(viscous damper, VD)和无阻尼器的6层3跨钢框架结构进行增量动力分析,进而基于增量动力分析结果得到3种结构不同损伤状态的易损性曲线。易损性分析结果对比表明:随着惯容单元的引入,减震结构可靠性显著提升;相较于相同阻尼的VD,TVMD可以更有效地提升结构的抗震性能,减小结构在不同损伤状态下的失效概率。随着质量比的增加,TVMD减震结构在不同损伤状态下的失效概率减小,TVMD对结构性能状态的提升不会随非线性的增加而减小,且在结构经历弹性、弹塑性直至倒塌的整个过程中减震控制性能发挥稳定。进一步选取3组不同脉冲周期的近断层地震动记录对三种结构进行时程分析,讨论TVMD在不同脉冲周期近断层地震动下的减震控制效果。结果表明,在近断层脉冲型地震动作用下,TVMD并不都会实现阻尼单元“阻尼增效”,阻尼器的性能发挥与地震动的特性有关。相较于VD,当T_1/T_p≥2时,TVMD可以更好地减少结构能量输入但其能量耗散效率低于VD,不能实现“阻尼增效”;当T_1/T_p <2时,TVMD可以减小结构残余位移,具有更优的减少能量输入和增大能量耗散效率的双重效应,体现了惯容的“阻尼增效”。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

基于持时-条件谱双准则选取地震动的RC框架结构地震损伤分析

采用持时-条件谱双准则选择地震动记录,以损伤指数为性能指标对结构进行地震损伤分析。首先,根据选择的性能目标,确定不同水准地震加速度反应谱S_(a)(T_(1),5%),通过概率地震危险解聚分析确定不同水准S_(a)(T_(1),5%)对应的设计震级和设计震中距,结合地震动重要持时预测模型,通过调节持时预测模型标准差系数的范围,构建满足重要持时要求的待选地震动记录库。其次,建立地震动条件谱,从待选地震动记录库中选择地震动,并验证持时-条件谱双准则选择地震动记录方法的有效性。最后,以选择地震动为输入对一钢筋混凝土框架结构进行增量动力分析,结合考虑构件重要性系数的变形-滞回耗能双参数损伤模型,以损伤指数为性能指标分析结构的地震损伤。研究表明,与仅利用条件谱作为目标谱选择地震动相比,基于持时-条件谱双准则的地震动选取方法对结构变形和滞回耗能响应的离散性均可控且效果良好;对结构进行地震损伤分析发现,滞回耗能引起损伤的占比随S_(a)(T_(1),5%)的增大明显增大,同时滞回耗能可使结构的损伤模式发生改变,在地震损伤分析中不可忽略。

模块化建筑阵列多调谐质量阻尼系统的实现与减震研究

基于建筑模块化和悬挂楼板减震的原理提出了悬挂楼板模块体系(modularized suspended floors system,MSFS)。利用楼板作为质量块,组成分布阵列式多调谐质量阻尼器(distributed array multiple tuned mass dampers,d-array-MTMDs)系统。通过输入32条远场和近场地震动记录进行时程分析,对平均调谐频率比η、调谐频带宽度系数β、调谐阻尼比ζ_(T)、TMD数量n以及主结构层数N,共5个参数展开研究。结果表明:d-array-MTMDs的减震效果优于普通MTMDs系统;ζ_(T)对系统减震性能影响较小,当η为0.7~1.0、β为2.0时,系统具有更好的减震效果;当n大于某阈值时,系统的减震效果趋于稳定,阈值与η线性正相关,与ζ_(T)非线性负相关。随着模块建筑层数的增加,系统也能维持较好的减震效果。

考虑冠梁的桩锚支护边坡试验与数值模拟

以兰州港务区桩锚支护边坡实例为依托,通过无线自动化监测与有限元软件数值模拟相结合的方式,研究桩锚支护在未设冠梁(填土过程)阶段和设置冠梁(运营期间)阶段的支护结构内力与边坡稳定性的变化规律.结果表明:在未设冠梁阶段,随着填土高度的增加,桩身弯矩、锚杆轴力和边坡位移逐渐增大;冠梁设置后,可有效地减小桩身弯矩和锚杆轴力并且对桩顶附近土体有较强的约束作用,对边坡顶部位移的约束效果最为显著,边坡位移的影响从坡顶至坡底逐渐减小,也明显地提高了边坡的稳定性;随着运营期内支护结构与边坡土体应力的相互调整,两者的内力与位移趋于平稳变化.该试验可为西北黄土地区桩锚支护边坡的设计、施工和监测分析提供有益的参考.

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

钢纤维对自密实混凝土工作性能和抗压韧性影响的试验研究

纤维掺量是影响钢纤维增强自密实混凝土(SFRSCC)性能的重要因素之一.为研究钢纤维掺量对SFRSCC性能的影响,设计制作6组不同纤维掺量的试块,进行工作性能和轴心受压力学性能试验.结果表明,钢纤维能够有效延缓裂缝发展,提高混凝土峰值应变,等效抗压韧性指数随纤维掺量的增加而增大.钢纤维的掺加使得新拌合混凝土流动性降低,与流变特性相关的SFRSCC形状因子λ值低于普通自密实混凝土(SCC).钢纤维的掺加对SFRSCC抗压强度的影响不大,且随着纤维掺量增加,抗压强度呈现先减小后增大的特征.

新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

考虑土拱效应的微型桩组合结构合理桩间距研究

目前,微型抗滑桩及微型桩组合抗滑结构的桩间距一般由工程经验确定,极大地影响了其抗滑性能。针对这一问题,将桩间土拱拱轴线视为抛物线,分别以拱顶或拱脚处土体达到极限状态为控制条件给出最大桩间距计算公式,并与模型试验结果对比分析,验证了其合理性。在此基础上,考虑桩间土拱与桩群间土拱的相互作用,建立了微型桩组合抗滑结构合理桩间距简化计算模型,将简化工程实例计算结果与数值模拟结果对比分析,验证了该计算模型的合理性。本文建立的桩间距计算模型可以为微型桩群桩位的布置提供理论依据。

考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形的锚索微型桩群计算模型研究

锚索微型桩群在中小型边坡治理及边坡紧急抢险工程中的应用越来越广泛,但现有的计算模型对嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性考虑较少。针对这一问题,首先根据锚索微型桩群加固土质边坡的特点,以潜在滑裂面位置为分界线,将微型桩群分为受荷段与嵌固段进行分析。对于受荷段,将桩间土简化为水平土弹簧,有效考虑桩间土力的传递作用;对于嵌固段,采用理想弹塑性p-y曲线分析桩-土相互作用。其次,将冠梁处预应力锚索简化为弹性支座,将其作用力转移至后排桩桩顶,再由桩顶冠梁重分配至各排桩桩顶处,从而达到对桩顶位移的约束作用。最后,以帕斯捷尔纳克(Pasternak)双参数地基梁法为基础,建立考虑嵌固段桩前土体弹塑性变形及桩侧土体受力变形连续性的锚索微型桩群有限差分计算模型,并迭代求解得到该结构的水平位移与内力。利用该计算模型分别对微型桩群与锚索微型桩群加固土质边坡进行算例计算,与试验、数值模拟结果对比分析,验证该模型的合理性,并探讨土体剪切刚度、锚索束及桩径对该锚索微型桩群水平位移与内力的影响。研究表明:嵌固段桩前土体塑性变形及桩侧土体受力变形连续性对微型桩的水平位移与内力有较大影响;随着锚索束的增加,桩身最大正弯矩及水平位移均不断减小,可通过增设锚索束达到控制桩身变形与内力的目的。

氯氧镁水泥混凝土中涂层钢筋的锈蚀劣化模型研究

为了推进钢筋氯氧镁水泥混凝土(magnesium oxychloride cement reinforced concrete,MOCRC)在西部地区的深度应用,设计模拟西部地区盐渍土环境、气候环境的室内加速破坏试验,研究涂层在多因素破坏试验环境下对钢筋的保护效果。利用电化学工作站测试试件的极化曲线和腐蚀电流密度,选用腐蚀电流密度作为Wiener随机退化过程的退化指标,建立随机退化过程的可靠度函数预测模型。结果表明:涂层在多因素试验环境下对钢筋的保护效果弱于纯浸泡试验环境下对钢筋的保护效果;通过可靠度函数寿命预测模型能够确定,MOCRC在不同浓度2%、4%、6%、8%氯化钠盐溶液室内多因素加速破坏试验环境下达到中等腐蚀破坏的时间分别为4000、3500、1400、400d。

框架锚杆支护结构动力模型建立及响应分析

为分析地震作用下框架锚杆支护结构的动力响应,以某中跨立柱单元为对象,考虑边坡加速度放大效应对支护结构上动土压力的影响,将立柱简化为抗弯刚度均匀的竖向杆件,依据锚杆工作机理将自由段简化为线弹簧,考虑土体阻尼影响将锚固段简化为线弹簧与牛顿粘壶,支护结构坡脚处简化为固端约束,进而建立支护结构动力响应简化模型.运用力法与图乘法对支护结构动力响应进行求解,建立支护结构动弯矩和动位移与坡高之间的关系.模型计算方法与Geo-Studio有限元软件结果对比,验证模型的合理性与可行性,为此类工程设计与地震作用下支护结构动力研究提供相应的参考.

降雨入渗条件下框架锚杆支护边坡稳定性与变形分析

降雨引起的滑坡问题一直是工程界所面临的难题,也是工程界研究的热点问题。国内外学者针对降雨引起的滑坡问题展开了多方面的研究,框架预应力锚杆作为一种新型支挡结构,对降雨引起的滑坡问题有很好的治理效果。因此本文在前人研究基础上,针对降雨入渗引起的边坡基质吸力、位移、稳定性问题进行了研究。结合实际工程,通过数值模拟软件PLAXIS3D建立三维有限元模型,首先对降雨入渗条件下框架锚杆支护边坡的基质吸力、位移和稳定性进行分析,然后分别考虑降雨时间、降雨强度和地下水位对边坡加固前后基质吸力、边坡位移和稳定性的影响情况。结果表明:(1)基质吸力在降雨前随坡高呈线性增加,降雨后基质吸力迅速降低,边坡最大位移值发生在边坡坡脚附近区域;(2)边坡基质吸力随降雨时间增大而减小,边坡表面基质吸力下降得更快;(3)降雨强度越大,基质吸力下降得越快,边坡位移也随之增大,边坡安全系数降低;(4)地下水位越高,边坡基质吸力下降得越快,边坡位移增加越快,边坡安全系数越小。

基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

兰州地铁湿陷性黄土深基坑在降低水位条件下的渗流稳定性分析

以兰州某地铁湿陷性黄土深基坑工程为研究对象,对深基坑开挖施工过程中钻孔灌注桩的桩体水平位移、坑周地表沉降、支撑轴力和地下水位进行实时监测;采用Midas Gts软件建立车站端头井的三维渗流应力耦合模型,分析车站深基坑在降低水位条件下的渗流稳定性。结果表明:在水位降低条件下开挖深基坑,随着开挖深度的增加,桩体的水平位移增大,而且呈现桩体中间的增幅大、两端的增幅小的特征,桩体最大水平位移通常出现在基坑开挖深度的1/2至2/3处;钢支撑的拆除对相邻钢支撑的轴力有较大影响,因此拆除钢支撑时应合理设计拆除方案;孔隙水压力由坑内向坑外呈现增大趋势;在深基坑内侧降低水位对围护结构的影响较小,而在深基坑外侧降低水位会导致有效应力增加,加大地面沉降;数值模拟结果与现场监测结果较为接近;采用钻孔灌注桩加钢支撑这一支护形式能够有效地控制湿陷性黄土深基坑围护结构的变形和坑周的地表沉降。

兰州地铁世纪大道站基坑支护监测与数值模拟

研究目的：兰州地区的工程水文地质条件特殊，关于地铁深基坑的桩撑支护设计、施工监测及数值模拟研究尚属空白。本文以兰州地铁世纪大道站基坑为例对桩撑支护结构设计为例，对桩顶水平位移、桩体水平位移、内支撑轴力和地表沉降监测结果进行研究。研究结论：（1）基坑开挖初期，桩身呈向坑内变形的前倾型曲线，随着基坑的开挖和支撑的安装，桩身变形曲线逐渐向“）”形变化，最大水平位移发生的位置也随之下移，一般出现在桩体中部的4—10m范围，约为坑深的1／3—2／3；（2）基坑开挖过程中，实测圈梁水平位移一般为5～10mm，远小于规范30mm控制值；（3）桩底附近仍有少量位移，说明将支护桩嵌固段作为固定端的设计方法有待完善；（4）地表沉降和水平位移大小分布是对应的，基坑周边土体呈现沉降一隆起一沉降一隆起一沉降状态，最大地表沉降约位于基坑外侧1／3倍坑深处；（5）采用有限元软件ADINA模拟基坑开挖过程，将有限元计算值与实际监测结果进行对比，发现二者比较接近，发展变化趋势几乎一致，说明有限元分析的结果可靠，桩撑支护结构支护效果理想；（6）本研究成果可为类似深基坑工程的设计和施工提供借鉴。