考虑岩土参数随机性的三维沉积盆地地震动高效模拟方法

沉积盆地对地震波的散射导致盆地放大效应,增大结构震害。盆地的岩土参数通常具有显著的随机特征,导致盆地响应的可变性。旨在基于快速多极边界元法(FM-IBEM)和人工神经网络(ANN),提出一种考虑岩土参数不确定性的三维沉积盆地地震动有效模拟方法。首先,以岩土参数、入射波频率和地表位置为输入参数,以三维沉积盆地响应为输出参数,建立了人工神经网络模型。其次,利用蒙特卡罗模拟(MCS)来评估沉积盆地地面运动的随机性,并使用ANN模型和数据集中现有的结果来代替数值模拟来求解样本,通过减少计算时间来提高随机问题的计算效率。结果表明,该方法可用于求解和评估考虑岩土参数随机性的三维沉积盆地地震响应,计算效率高。岩土参数的随机性对沉积盆地地震响应的影响不容忽视,沉积盆地地表响应的可变性与地表点的位置、入射频率和分布有关,表现出与均值分布非线性相关的特征。岩土参数的随机性对高频入射波作用下盆地地震动有显著影响,放大效应变异系数可达0.3,是岩土参数变异系数的3倍;与平均值相比,对应于95%置信水平的盆地峰值加速度增加了56%。

双重孔隙流体饱和介质弹性波散射二维IBIEM模拟

基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。

考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估方法

我国大量城镇位于沉积盆地,沉积盆地对地震动具有显著的幅值放大和持时增长效应,同时沉积盆地与建筑群间的动力相互作用将导致地震动空间重分布。针对此问题,本文提出了一种考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估方法:首先,以剪切层模型、弯剪耦合模型等简化力学模型模拟建筑结构,计算建筑群-沉积盆地动力相互作用,获得建筑群的基础顶面地震动;然后,基于精细化有限元模型分析典型单体建筑的地震易损性;最后,结合所求建筑群元模型模拟建筑结构时,上部建筑对基础顶面地震动的影响具有等?效?性,因此所建方法适用于考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的建筑群震害评估;建筑群-沉积盆地动力相互作用主要导致盆地内地表地震动峰值降低,但局部位置会在盆地效应基础上产生附加放大效应;建筑群-沉积盆地动力相互作用导致不同地表点地震动加速度反应谱峰值相差3倍,同时放大邻近建筑出现相同等级震害的概率差异,所分析算例中,在是否考虑建筑群-沉积盆地动力相互作用的情况下,邻近四栋相同框架结构发生中等损坏的概率范围分别为66%—92%和87%—93%,此结果与实际震害中建筑结构交替破坏的现象一致。

平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群动力相互作用研究

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物和隧道数量排布等因素密切相关。通过对比不同建筑物数量对隧道动力响应的影响,能够发现:低频波作用下,建筑物对下穿隧道的动力响应有放大作用,而高频波作用下则会削弱隧道的动力响应,最多可以降低37.5%左右。从频域分析中可以看出:隧道对地震波有较强的屏蔽作用,从而降低了其上建筑群的地震响应。建筑群的存在降低了各个单体建筑的动力响应,但在高频波作用时位于建筑群来波一侧的建筑会产生较大的动力响应。该研究成果可为城市建筑群-地铁隧道群的动力相互作用分析以及地上建筑和地铁隧道的抗震设计提供理论依据。

基于快速多极间接边界元法的地震超材料隔震效应

中国是世界上遭受地震灾害较严重的国家之一。近年来,灾害性地震给人们的生命财产带来了极大的损失,对重大工程结构开展减震隔震设计成为结构设计中重要的一环。本文将快速多极间接边界元法(FMIBEM)应用到2维地震超材料对地震波的散射模拟,并求解一种周期性隔震材料——岩土复合地震超材料(RSCSM)的隔震效应;在精度验证基础上,对RSCSM的带隙结构及不同单晶胞结构下的隔震效果与带隙范围进行详细的数值分析。结果表明:采用FMIBEM能够有效地处理大型地震超材料对地震波的宽频散射问题;RSCSM能够隔离地震波超低频段隙,方形晶胞结构产生的带隙宽度(0.5~17.0 Hz与54.0~72.0 Hz)涵盖了地震波产生危害的主要频段(0.5~2.0 Hz),隔震效果可达35%以上;改变RSCSM的单晶胞结构会对地震超材料带隙结构产生重要影响。方形晶胞结构产生的带隙约为0.5~17.0 Hz和54.0~72.0 Hz;菱形晶胞结构产生的带隙约为0.5~20.0 Hz;菱形单点晶胞结构产生的带隙约为0.5~16.0 Hz和40.0~57.0 Hz;菱形双点晶胞结构产生的带隙约为0.5~14.0 Hz。硬散射体填充率也会对带隙产生重要影响,相同填充率情况下,四边形晶胞能够产生更宽的带隙,并且能够在更低的填充率情况下产生更好的带隙效果。菱形单点与菱形双点晶胞结构只能在非常高的填充率情况下产生较好的带隙效果。本文研究为地震超材料对地震波散射的模拟提供一种高效方法,研究结论可为地基隔震设计提供科学依据。

基于快速边界元方法的倾滑断层近场效应和盆地聚焦效应耦合作用研究

基于快速边界元方法和三维运动学有限断层模型,对倾滑断层作用下复杂场地地震动进行求解。以三维近断层沉积盆地为例,采用频域内动力格林函数求解散射场的地震动,以频域内地震波的相位变化反映发震断层在时域内的动态破裂过程,突破了确定性震源难以模拟高频地震波散射的瓶颈,通过设计快速边界元方法频域-时域自适应逆变换程序得到时域内地震响应,在频域和时域内皆实现了基于确定性运动学有限震源模型的地震动快速边界元法模拟,量化分析了倾滑断层动态破裂下近场沉积盆地地震动的放大效应,揭示了地震的近断层效应与盆地效应的耦合机制。结果表明:近断层效应和盆地聚焦效应存在明显的耦合作用,显著影响了盆地区域地震动的空间分布,盆地中心点的地震动相较于断层附近输入地震动放大了3.97倍;永久位移随断层距离的增加而衰减;在沉积盆地区域内,地震动持时显著延长,软土沉积对外部输入的速度脉冲有放大作用,出现幅值较大的长周期速度大脉冲;沉积盆地会显著增大近断层强震集中性的分布范围。

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明,地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化,地震波强度越大,液化区分布范围越广,地表处出现了永久塑性变形;地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前,且下层土的液化会减弱地震波的传播速度,导致上层地表土发生液化的时间延后;盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动,不同工况下速度峰值放大系数为1.18~3.33。

P波入射下山体-隔震层-隧道的整体响应分析

采用高精度间接边界元方法(IBEM)开展了山体-隔震层-隧道的整体响应分析,研究了P波入射下柔性隔震层对高斯形山体内双线隧道地震动响应的减弱作用。在隔震层与围岩之间考虑了碎土的错动滑移,以模拟不完美交界面,并系统讨论了隔震层弹性模量、厚度、P波入射频率等因素对隧道地震动响应的影响。数值模拟结果表明:适当增加隔震层厚度可以显著降低隧道应力,有效提升隔震效果,应力降低幅度约达50%以上,且使得结构受力更为均匀;随着隔震层材料的弹性模量减小,隧道动应力数值明显减小,有效减少了其应力放大区的面积,从而有效避免因地震而导致的衬砌裂缝。

SH波入射下山体-断层破碎带-隧道相互作用分析

采用一种高精度间接边界积分方程法(IBIEM),开展了山体-断层破碎带-隧道整体模型对地震波的散射作用模拟,考虑了三种影响因素:入射波强度、隧道与断层破碎带间距以及破碎带动力特性,模拟了其对山体表面及隧道地震动力响应的影响。研究结果表明:断层破碎带的存在使得山体-断层破碎带-隧道整体系统内相互作用更加复杂,山体表面位移幅值以及隧道的位移和应力幅值主要呈现放大效应,山体表面断层破裂处破坏异常严重,位移幅值陡增,可达10以上;在衬砌的拱肩、拱脚处的应力集中较为明显,衬砌的顶部和底部应力较小;地震波低频入射时,隧道内外壁应力和位移曲线较平缓,随着入射频率的增大,波的相干效应更加明显,衬砌隧道应力和位移发生空间重分布,出现峰值多段集中现象。

基于修正随机有限断层法的沉积盆地地震动模拟

基于随机有限断层法理论框架,采用间接边界元方法求解沉积盆地地震动放大效应,以此修正场地放大因子,发展了一种可考虑盆地效应的修正随机有限断层法。基于该方法,模拟了2021年2月13日日本M_(W)7.1海域地震中日本关东盆地地震反应,并与常规随机有限断层法及实测地震记录进行了对比。结果表明:与常规随机有限断层法相比,采用修正随机有限断层法模拟盆地地震动表现出更显著的空间变异性,盆地边缘地震动峰值加速度较常规方法放大了6.24倍,与实测地震记录吻合度更高;区域地震动峰值加速度空间分布整体特征与实测地震记录基本一致;相较于不考虑场地影响下的结果盆地内部分台站长周期下的谱加速度值扩大了近5倍,表明深厚沉积盆地在长周期范围内的场地放大更加明显。

考虑沉积河谷非线性放大效应的空间相关多点地震动模拟

提出了一种考虑土体非线性特性的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法,该方法结合了合理的谱密度函数、相干函数以及考虑土体非线性和场地散射效应的位移幅值比。其中,场地非线性位移幅值比由有限元——间接边界元耦合的等效线性化法计算,并以V形半满河谷模型为例验证了该方法的合理性与可行性。计算结果表明:同线性模型结果相比,考虑土体非线性后,地面运动加速度时程峰值减小,反应谱卓越周期有所延长,且变化幅度与覆盖层厚度有关。覆盖层越厚,变化幅度越大,非线性效果越显著。该文研究可为河谷场地大跨度工程结构抗震设防提供重要方法和科技支撑。

专题简介

“十四五”国家防震减灾规划指出,提升地震灾害风险预测、防治和管理能力是当前地球物理、地震学、土木工程、计算力学等学科的重点研究领域之一。天津市位于河北省平原地震带和张家口−渤海地震带交会部位,90%以上区域为深厚软土场地,其特点是低承载力、高压缩性、高地下水位、土性沿竖向变化大。此类场地地震动非线性放大效应明显,且极易造成砂土液化、软土震陷等地震地质灾害。针对滨海复杂环境大型城市抗震安全,如何提高工程结构抗震设防水平、推进韧性城市建设、提升城市防灾减灾救灾能力等问题越发引起政府、学术界和工程界的广泛关注。滨海复杂环境工程结构震害防御关键技术已成为地震工程和防灾减灾领域关注的热点,并已取得大量重要研究成果。

近断层地震动作用下浅埋综合管廊地震易损性研究

为准确评估近断层地震动作用下浅埋综合管廊的地震损伤,利用ABAQUS建立土-结构整体有限元模型,以综合管廊层间位移角最大值为损伤指标,基于IDA方法进行结构地震易损性分析,重点考察近断层地震动强度指标和场地土特性对综合管廊抗震性能的影响。结果表明:近断层地震动加速度型指标的离散性最小,建议选取加速度型指标PGA、Sa作为地震动强度指标;以有限元计算数据为样本,采用BP神经网络可高效预测综合管廊结构的地震损伤,PGA、Sa及土体剪切模量对综合管廊地震易损性分析的影响较大,随着土体剪切模量的增大,超越概率逐渐减小,同时,LS、CP状态的超越概率变化范围要明显大于OP、IO状态;考虑PGA和Sa双参数更能准确反映不同地震动参数对结构损伤的影响,而仅考虑PGA或Sa单参数有可能高估结构的损伤程度。因此,对综合管廊等浅埋地下结构进行地震易损性分析时,建议综合考虑PGA和Sa的影响。

水库调度对供水系统的影响及应对策略研究——以贵州省黔南州都匀市城区供水为例

本研究以贵州省黔南州都匀市城区供水为例,探讨了水库调度对供水系统的影响,并提出了相应的应对策略。研究结果表明,水库调度对供水系统的影响主要表现在对水资源利用效率的影响、对水量的影响、对水质的影响以及对生态环境和社会经济的影响等方面。为了应对这些问题,需要采取一系列措施,包括补充水库基础设施建设、完善水库调度机制、提高供水系统的抗旱涝能力、加强水质监测和管理、促进水资源管理创新以及加强公众教育和政策宣传等。这些措施的实施将有助于实现水资源的可持续利用和管理,保障黔南州都匀市城区居民的饮水安全和生态环境的发展需求。

腹膜透析相关性腹膜炎的病原学特征及危险因素分析

目的探讨腹膜透析相关性腹膜炎(PDAP)的病原学特征及危险因素。方法选取2019年5月至2023年5月在我院行腹膜透析的166例患者,分为腹膜炎组(n=52)和非腹膜炎组(n=114)。采集腹膜炎组的腹部透析液进行病原菌培养,分析发生PDAP的危险因素。结果52例腹膜透析液样本中43例患者细菌培养呈阳性,病原菌总计44株,其中革兰氏阳性菌(以表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌为主)29株,革兰氏阴性菌12株和真菌3株。Logistic回归分析显示,合并糖尿病、Alb、K+和PTH是PDAP的危险因素(P<0.05)。结论PDAP的病原菌主要以革兰阳性菌为主,其中表皮葡萄球菌、金黄色葡萄球菌是最常见的病原菌;合并糖尿病、低白蛋白水平、高血钾和高甲状旁腺激素水平是患者发生PDAP的危险因素。

考虑土体非线性山-谷耦合复杂场地空间相关多点地震动模拟

采用考虑局部场地非线性地震波散射效应的空间相关多点地震动模拟方法,对山-谷耦合场地的地震动进行定量模拟分析。非线性地震波散射效应基于有限元-间接边界元耦合法和等效线性土体模型进行计算。结果表明,山体的存在会增大沉积内的地震动反应,对短周期的地震波的放大效应更为显著,增幅可达50%。相较于单一沉积谷地地形的沉积谷地外部,山-谷耦合场地中山体地震响应有所减小。相比线性模型,考虑土体非线性时,沉积谷地地震动强度较线性时的结果有所降低,反应谱峰值位置也会发生改变,但山体影响更为显著。不同山体形状对谷地影响不同,对于谷地内部分点位影响的差别可达40%。该研究为山-谷耦合场地工程结构抗震设防提供了部分理论依据和计算方法。

方钢管超高性能混凝土柱抗震性能试验及数值模拟

钢管混凝土柱因其承载力高、抗震性能良好且施工方便等特点成为建筑结构发展方向之一,但目前对于钢管超高性能混凝土柱抗震性能研究较少。对不同类型方钢管混凝土柱抗震性能(4根方钢管超高性能混凝土柱、1根方钢管高强混凝土、1根方钢管普通混凝土)进行对比分析研究。结合6根方钢管混凝土柱的低周往复试验数据,建立纤维有限元模型进行参数分析。主要研究了在低周往复荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性以及耗能能力等,分析了轴压比、含钢率和混凝土种类等主要设计参数的影响规律。结果表明:(1)纤维有限元模型能够有效分析方钢管超高性能混凝土柱滞回特性;(2)与方钢管普通混凝土柱和高强混凝土柱相比,方钢管超高性能混凝土柱抗震性能更为优异;(3)方钢管超高性能混凝土柱随着轴压比的提高,试件水平承载力及刚度增大,但延性降低;随着含钢率的增加,试件水平承载力、刚度、延性及耗能能力均提高;随着钢纤维体积率的增加,试件延性、耗能能力提高。

CFRP约束插槽式双柱墩抗震性能研究

研究了CFRP约束插槽式双柱墩的抗震性能,利用ABAQUS软件建立考虑了钢筋循环退化效应的桥墩模型,重点分析了CFRP的厚度和约束范围对桥墩抗震性能的影响。在横向地震荷载作用下,双柱墩发生弯曲破坏,基础和盖梁的塑性铰区混凝土被压碎。CFRP厚度增加,混凝土的被动约束增强,桥墩的屈服荷载、极限荷载和耗能等抗震性能指标提高,且残余位移减小;CFRP约束在塑性铰区比约束在非塑性铰区,抗震性能改善显著。

青海门源M_(S)6.9地震强地面运动精细化模拟

2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震是该地区有记录以来的第3次强震,未来仍有再次发生强震的可能。基于门源地区的地表高程、速度介质参数以及门源地震断层滑移分布等地形地质特征,采用谱元法精细化模拟青海门源地震的地震波传播过程,重点考察复杂起伏地形区域强地面运动的空间分布特征。结果表明,PGV较大的地方主要集中在断层附近,最大值为53.1 cm/s,且沿断层走向地震响应明显大于垂直断层走向,具有明显的地震方向性效应;地震波在断层两侧出现反应较为剧烈的波前,波场快照PGV可达47.2 cm/s,与实测烈度相近,且模拟给出的烈度分布特征与实测烈度分布规律相同;山体分布密集区域的PGV响应较为剧烈,山体附近的地震动持续时间也较长,而平坦区域的地震响应相对较弱;通过与强震记录对比,验证了本文方法的合理性与准确性。研究成果可为地形复杂山体区域地震预测及防震减灾提供一定的参考。

2014-2022年单中心血液透析导管相关血流感染病原学分析

目的分析维持性血液透析(MHD)患者导管相关血流感染(CRBSI)的病原学变化。方法选取2014年1月至2022年12月期间于我院行MHD的231例患者,按照患者是否发生CRBSI分为CRBSI组(n=197)、非CRBSI组(n=34)。结果CRBSI组197例患者中共检出57株病原菌,以革兰阴性菌为主;金黄色葡萄球菌对青霉素、头孢呋辛、苯唑西林有较高的耐药率,大肠埃希菌对复方磺胺甲恶唑、头孢曲松有较高的耐药率,肺炎克雷伯菌对复方磺胺甲恶唑、氨曲南有较高的耐药率;年龄≥60周岁、置管时间≥2周、合并慢性疾病、1月内无抗菌药物使用史是CRBSI的独立危险因素(P<0.05)。结论MHD患者由于高龄、合并慢性疾病、置管时间较长、近期无抗菌药物使用史而面临较高的CRBSI发生风险,而病原菌则以革兰阴性菌为主。