椭圆空洞对盾构隧道地震易损性曲线影响研究

采用增量动力分析方法,探究水平向地震下地层空洞对盾构隧道地震响应特征的影响规律。针对管片损伤及周边地层应力,选择弯矩比作为性能评价指标,峰值加速度(PGA)及峰值速度(PGV)作为衡量地震强度指标(IM),阐明椭圆形空洞对管片抗震性能的影响,得到隧道结构的地震易损性曲线。研究表明:椭圆空洞加大了浅埋盾构隧道的地震破坏概率;PGA与PGV均可作为IM并获得相应的隧道易损性曲线;使用弯矩比作为破坏指标,PGV作为地震动指标,其对应的易损性曲线对地层变异性更敏感。研究结论可为潜在空洞发育区防震方案的制定提供参考。

季冻区典型土类动剪切模量阻尼比计算方法

采用专门设计的低温共振柱仪进行试验研究,研究典型土类动剪切模量阻尼比随负温的变化规律及计算方法。提出温度影响系数的概念,并以较为符合实际的固结压力和冻结过程,完成了黏土、粉土与砂土在常温及不同负温下的动力试验,给出了这3种典型土类不同负温下初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比的计算公式。结果表明:无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃到-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关;随温度降低,3种土类初始剪切模量增长十分显著,完全冻结黏土、粉土和砂土分别为常温土初始模量的50倍、25倍和13倍;随温度降低,3种土类参考剪应变降低十分显著,但完全冻结后3种土的动剪切模量降低程度接近;随温度下降,3种土类最大阻尼比均显著减小,完全冻结后的黏土最大阻尼比降幅最大,砂土降幅最小,粉土居中。3种典型土类负温下动剪切模量阻尼比修正公式,其反映的现象和规律与国际上近期成果定性相符。

实际硬场地下现有等效线性化分析程序的对比

SHAKE2000和LSSRLI-1是目前国内外应用最为广泛的两种等效线性化土层地震反应分析程序。本文以Ki K-net台阵中28个硬场地(一、二类场地)、基底输入峰值在12gal-370gal间的56个实测记录为基础,取三种土动模量和阻尼比非线性工况,对这两种程序进行对比检验,结果表明:土体弱非线性时二者计算出的峰值加速度误差绝大多数可以忽略,而土体为均值和强非线性时误差大多数可以忽略;二者与实测结果差异均只有少数可忽略,但SHAKE2000计算结果要好于LSSRLI-1;LSSRLI-1与实测反应谱存在较大差异和显著差异的几率要大于SHAKE2000,对土为强非线性情况尤为如此;二者计算出的土层剪应变多数情况相差小于20%,但LSSRLI-1计算出的剪应变普遍大于SHAKE2000,且个别工况下差异显著。

两种计算程序对弱非线性硬场地地震响应的计算比较

讨论了土为具有弱非线性的硬场地下两种程序LSSRLI-1与SHAKE2000计算土层地震动的异同性。以2个Ⅰ类、4个Ⅱ类场地构造土层剖面,输入3种不同类型地震波,对比分析后的主要结果为:Ⅰ类场地两个程序计算出的PGA十分接近,Ⅱ类场地PGA的差别平均意义上也可以忽略,但某些情况下差异较大;Ⅰ类场地两个程序计算出的反应谱差别很小,Ⅱ类场地反应谱存在差异,但变化范围不大;Ⅰ类场地中剪应变结果差异很小,而在Ⅱ类场地中差异变化范围很大;PGA相对差和反应谱相对差与剪应变相对差之间存在相关性;PGA、反应谱的差异很可能来源于两程序剪应变计算方法的不同。

软场地下两种地震反应分析程序的对比

LSSRLI-1与SHAKE2000是目前国内外等效线性化地震反应分析程序的代表。将LSSRLI-1和SHAKE2000对软土场地进行计算对比,比较加速度峰值、反应谱和剪应变,分析其异同,研究存在的差异及原因,讨论剪应变与加速度峰值和反应谱的相关性,以指导方法和程序的改进。研究结果表明：2个程序计算出的PGA和反应谱结果在某些情况下存在不可忽视的差异,大部分情况下SHAKE2000计算出的PGA要大于LSSRLI-1的结果,在0~3s周期段内大部分情况下SHAKE2000的反应谱大于LSSRLI-1的结果;2个程序计算出的剪应变存在较大差异,LSSRLI-1计算出的的剪应变明显比SHAKE2000大;2个程序计算出的PGA、平均谱值比相对差与剪应变相对差存在相关性,不考虑非线性下,两个程序计算出的地表加速度反应谱基本没有差异,计算地震动的算法应相同;但计算剪应变的结果不同,导致考虑土层非线性的迭代计算结果出现差异。

弱非线性下两种程序对不同类别场地地震反应的对比

一维等效线性化土层地震反应分析程序的代表有LSSRLI-1与SHAKE2000。LSSRLI-1是我国地震安评工作中推荐使用的程序,代表20世纪80年代的国际先进水平,而目前代表国际先进水平是SHAKE2000。针对等效线性化程序存在的不足,有必要对LSSRLI-1进行改进。为了寻找LSSRLI-1与SHAKE2000之间的差异,通过建立Ⅰ至Ⅳ类场地的土层剖面模型,对比分析两程序的计算结果,得到在不同场地条件下两程序的差异情况以及这些差异的变化规律。结果表明,Ⅰ、Ⅱ类场地中两程序计算结果差异不大,Ⅲ、Ⅳ类场地中两程序计算的PGA、反应谱与剪应变结果差异较大。初步分析可知,剪应变相对差与PGA、反应谱、剪切模量相对差存在相关性,通过修正剪应变的计算可以缩小LSSRLI-1结果与SHAKE2000结果的差距。

“双万计划”背景下“隧道工程”课程教学改革与探索

在“双万计划”背景下,对土木工程专业地下工程方向核心课“隧道工程”以“金课”标准进行课程教学改革。课程加强多媒介、多形态及多层次的教学资源建设;重视现代信息技术与课程教育教学的深度融合,开展信息化建设;构建以学生为主体的内容丰富、形式生动、交互及时的学习环境;合理设计和运用教学过程,有效提升课堂效率。课程教学改革对培养学生扎实理论功底和解决工程问题能力具有重要作用。

互联网在项目驱动式教学中的运用--以指导土木工程毕业设计为例

2020年,在新冠肺炎疫情影响下,以互联网技术为基础的远程教学成为主要教学手段。本文介绍土木工程专业本科毕业设计指导过程中使用网络教学的经验,以及项目驱动教学法的运用。将设计报告分解为若干章节任务分配给学生,以录制视频技术指导为主,网络交流为辅,充分发挥学生主观能动性,加深其学习实践体验。本文内容可为土木工程相关课程教学建设、改革作为参考。

少学时背景下本科隧道工程知识体系与设计能力的关系探讨

为应对新一轮科技革命与产业变革,支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略,“新工科”建设应运而生。传统高等教育模式受课时压缩影响需要进行改变,加速将本科生知识向能力转化。文章讨论了隧道工程课程教学中学生知识体系与工程设计能力间的关系,对本科生知识体系的薄弱环节进行分析,提出的教学改善措施可为其他工科课程教学提供参考。

季节冻土动剪切模量阻尼比试验研究

随着国家经济建设程度的提高,"一带一路"战略的布局,寒区交通网络与房屋建筑工程日益增多,建设中面临着很多季节冻土相关的地基振动分析以及地震灾害风险评价等问题,以往关注较少的冻土动力学性能逐渐受到重视;由于受研究条件的限制,以往通过低温动三轴试验获得的冻土动剪切模量阻尼比参数,其可靠性有待提高。本文以国内首台低温共振柱仪为试验平台,对低温共振柱试验技术进行了摸索;对粘土、粉土及砂土3种典型土类进行了一系列不同温度、含水率及冻融循环次数的共振柱试验,并总结其动剪切模量阻尼比参数的变化模式及规律;初步研究了Ⅰ、Ⅱ类理想含季节冻土场地工况中的地震反应。试验技术从围压介质入手,经过方案比较,将氯丁橡胶膜与硅油作为围压介质;通过实测结果与前人成果,选择冻结时长为24h,而冻结温度则按照不同土类进行选择。按这套技术进行低温共振柱试验,测试结果离散性小且可靠性高。使用先进可靠的低温共振柱试验技术,研究负温下3种典型土类动剪切模量阻尼比变化的基本模式,并提出温度修正系数及其计算方法。结果表明,无论何种土类,负温对其初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比都有重要影响,相应的温度修正系数按Boltzmann与指数函数变化,均在0℃^-6.0℃快速变化之后趋于平缓,但变化程度和修正公式中的参数均与土类有关。开展对不同含水率、负温的3种典型土类试样的低温共振柱试验,研究了负温及含水率对修正系数的影响,给出了考虑含水率修正系数及计算方法。结果表明,对某一种土,双因素(含水率和负温)的修正系数曲面形态主要受负温项控制,含水率项影响较小;而对不同土类,曲面形态相近但数值不同。在含围压环境下对3种土类试样进行冻融循环,测试它们的低温动剪切模量和阻尼比,研究其冻融循环修正系数的变化规律。结果表明,修正系数变化规律与土类有关;不论哪一种土,冻融循环对其剪切模量阻尼比均有弱化作用,工程上需要采取措施减轻这种弱化作用。建立Ⅰ、Ⅱ类场地含冻土层理想土层模型,使用国内广泛使用的等效线性化程序进行计算。结果表明,多数情况下冻土层对Ⅰ、Ⅱ类场地有减震作用,而且随着冻深的增厚,减震效果更加显著;Ⅰ类场地低烈度下一些工况中冻土层会增强地震动,这与德都地震群震害现象有类同之处。

负温对土动剪切模量阻尼比的影响规律

以我国引进的首台低温共振柱仪为依托,研究不同负温下冻结土的初始剪切模量、剪切模量比和阻尼比非线性曲线的变化规律和模式。对低温共振柱仪试验技术进行研究,结果显示,采用常温试验方法进行低温共振柱试验,会导致结果离散过大,通过试验确定围压介质、冻结时间等试验条件和参数。同时,采用更符合客观实际的围压、固结和冻结方式,以粉土为样本,在室温和不同负温下进行对比试验。结果表明:负温对土的初始模量和剪切模量比影响显著,0℃^-4.0℃为敏感段,-4.0℃后为平稳段;敏感段内,随负温增加,初始剪切模量呈Boltzmann函数形式急速增加,参考剪应变则呈Boltzmann函数形式迅速下降,平稳段上,二者随负温增加分别平稳上升和下降;负温下阻尼比曲线在剪应变小于一定值时高于常温曲线,而在大于该应变时常温试验曲线则超过负温曲线;负温对最大阻尼比有较大影响,随负温增大,最大阻尼比呈指数形式降低。该试验采用专门的低温共振柱仪完成,围压、固结和冻结条件更接近客观实际,得到的负温对土动剪切模量阻尼比的影响模式更真实可靠,可为季冻土区抗震规范中设计谱修正以及季冻土区重大工程抗震设计中获得合理地震动输入提供依据。

季冻区典型土类抗剪强度冻融修正系数研究

目前冻融循环下土抗剪强度变化规律尚无统一认识,工程上也缺少计算依据。选取季冻区3种代表性土类,黏土、粉质黏土和粉土质砂,采用新的制样标准,通过三轴试验,发现冻融循环下土抗剪强度指标变化模式和规律,定义了冻融循环修正系数,以未经冻融循环的抗剪强度指标为基准,并给出冻融循环下典型土类抗剪强度计算公式。结果表明:冻融循环试验中试样制备不能采用常规土样制备标准,否则试样密度离散性被放大,导致试验结果很容易出现离散而没有规律性;冻融循环下黏土、粉质黏土、粉土质砂黏聚力呈指数下降,而内摩擦角随着冻融循环次数的增加呈指数增加,但具体表现不同。冻融循环下粉土质砂黏聚力降低约20%,内摩擦角增加约10%,受冻融影响较少,冻融稳定性较好;粉质黏土黏聚力降低约55%,内摩擦角增加约20%,冻融稳定性次之;黏土黏聚力降低约70%,内摩擦角增加约40%,受冻融影响最大,冻融稳定性最差。