基于拟动力方法的地震条件下挡土墙主动土压力研究

为了研究地震条件下挡土墙的主动土压力,基于传统的滑楔体极限平衡理论,采用拟动力方法,得到了地震条件下主动土压力的计算公式以及临界破裂角的解析解。主动土压力的计算公式考虑了地震力、挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、挡土墙的倾角以及超载角等影响因素,并分析了这些因素对临界破裂角和地震主动土压力系数的影响。研究结果表明,当不考虑土体放大系数和挡土墙后填土的粘聚力的影响时,临界破裂角小于Mononobe-Okabe方法计算出的破裂角;临界破裂角随着土体放大系数的增大而减小;地震主动土压力系数随着地震系数、挡土墙倾角或者超载角的增大而增大,随着挡土墙后填土的内摩擦角或者土体放大系数的增大而减小,随着挡土墙与后填土之间的摩擦角的增大表现为先减小后增大。

防护结构拟动力试验方法及其数值积分方法研究

近来发展起来的拟动力试验方法用于防护结构的抗爆试验是一项正在研究的技术￣［１］，针对于此项研究中数值积分方法部分进行了研究。分析了可用于防护结构拟动力试验的各种积分方法，讨论了已有方的数值特征及可行性。并提出一种修正的中心差分方法用来对因试验摩擦引起的能量损失进行补偿，同时研究了该方法的数值特性。

基于OpenSees的子结构拟动力试验方法研究

研究了以有限元软件OpenSees为核心计算平台的子结构拟动力试验方法,主要探讨了在OpenSees中实现子结构反应量实时查询、子结构边界条件处理,以及利用OpenSees的通信协议实现试验子结构和整体结构时程分析程序之间位移指令和反馈力的数据交换方法.利用本文方法进行了8层防屈曲支撑高层钢框架的虚拟子结构拟动力试验,试验结果与采用OpenSees进行整体时程分析的结果吻合良好,证明了本文子结构拟动力试验方法的可行性与有效性.

基于ABAQUS的子结构拟动力试验方法研究

子结构拟动力试验将整体结构分为数值子结构与试验子结构,数值子结构通常采用研究人员自行编制的程序。研究了以ABAQUS为核心计算软件的子结构动力试验方法,介绍了利用Python语言编制的有限元软件接口,包括利用socket实现数据通讯、ABAQUS数据库的读取与写入以及利用Python在ABAQUS中建立分析步等。利用提出的方法进行了简单的虚拟试验,并与ABAQUS整体分析结果进行比较。比较结果显示了方法的可行性。通过对不同结构的虚拟实验,验证提出的软件通讯接口具有一定的通用性。

加筋土挡墙倾覆破坏条件下筋材长度拟动力计算方法

拟动力方法能够较好地模拟地震荷载的动力特性,且能够避免拟静力方法的一些不足,本文采用此种方法对倾覆破坏模式下加筋土挡墙抗震设计的筋材长度计算公式进行推求。研究结果表明,最小筋材长度随着地震系数或土体放大系数的增大而增大,而随着加筋土-后填土之间摩擦角的增大而减小。本文的研究期望为加筋土挡墙抗震设计提供更加合理与经济的最小筋材长度。

加筋土挡墙平移破坏条件下筋材长度拟动力计算方法

加筋土挡墙抗震设计通常采用拟静力方法,然而此方法不能展现地震荷载的动力特性,而使得设计往往过于保守。为了能够较好地模拟地震荷载的动力特性,尽量避免拟静力方法的一些不足,本文采用拟动力方法对平移破坏模式下加筋土挡墙抗震设计的筋材长度计算公式进行推求。研究结果表明,最小筋材长度随着地震系数或土体放大系数的增大而增大,而随着加筋土-后填土之间摩擦角或加筋土-地基界面摩擦角的增大而减小。本文的研究将为加筋土挡墙抗震设计提供更加合理与经济的最小筋材长度。

锚固岩石边坡地震稳定性拟动力分析

地震易发地区的锚固岩石边坡,需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡,在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下,运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明,竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定,而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定;在相同工况条件下,当岩体放大系数等于1.0时,拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几,但是,当岩体放大系数逐渐增大时,拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此,在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数,将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。

基于OpenSees桥梁多点激励子结构拟动力试验方法研究

当进行考虑桩土相互作用和多点激励影响的桥梁子结构拟动力试验时,需要耗费大量时间编写结构地震响应模拟程序。因此,在解读通用有限元软件OpenSees功能的基础上,结合子结构拟动力试验的基本特征,研究基于OpenSees考虑桩土相互作用的桥梁子结构拟动力试验方法和程序。采用数值模拟方法进行虚拟子结构拟动力试验,通过和采用OpenSees的整体结构时程分析结果对比,验证了本文子结构拟动力试验方法和程序的可靠性。此外,将该程序进一步扩展用于多点激励下的桥梁子结构拟动力试验,并通过虚拟子结构拟动力试验方法进行可靠性验证。

地震荷载作用下岩石边坡稳定性的拟动力分析及可靠度研究

岩石边坡的稳定性直接关系到人类的生命和财产安全,因此其安全性评估至关重要,特别是在地震易发地区。安全系数是评估边坡安全程度的常用方法之一,然而影响边坡安全性的因素较多,存在一定的不确定性;因此在岩石边坡抗震设计中存在一定的不足。考虑地震荷载、岩体放大系数、张缝内水位变化等影响因素,利用拟动力方法推导了出流缝未堵塞时不同工况下的岩石边坡抗倾覆性的安全系数。在确定性计算模型的基础上,考虑到地震荷载等因素的不确定性,建立了地震荷载作用下岩石边坡抗倾覆性的极限状态方程。通过可靠度指标对计算参数的敏感性分析,分析了水平及竖向地震荷载、岩体放大系数、张缝内水位变化等控制因素的影响作用。分析表明,岩石边坡的抗倾覆稳定性不仅与计算参数的均值有关,也与计算参数的变异性有关。因此,在抗震设计当中,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的抗震稳定性,有利于岩石边坡的安全设计。

刚性挡土墙地震主动土压力的拟动力学分析

采用拟动力学方法的基本假定,考虑地震加速度的放大效应,利用水平层分析法,求得在地震荷载作用下随地震时间变化的主动土压力强度的分布解.将最危险滑动面倾角和合力作用点高度与传统方法进行比较,分析合力作用点时程曲线的特征,探讨水平加速度系数及加速度放大系数对土压力分布的影响.结果表明:采用该方法计算得到的滑动面倾角和合力作用点高度大于传统方法计算值;合力作用点高度在地震时是不断变化的;水平地震加速度系数及加速度放大系数均对土压力分布有很大影响,不考虑加速度的放大效应是偏于危险的.

基于Barton-Bandis准则的双滑块平面岩质边坡系统稳定性拟动力分析

基于非线性Barton-Bandis(B-B)节理剪切强度经验准则,采用极限平衡拟动力方法,考虑潜在失稳滑块间的相互作用力,推导双滑块平面岩质边坡系统的安全系数计算公式,分析岩性参数及边坡几何形态对边坡系统安全系数的影响。该方法可以有效分析拟动力条件下双滑块平面岩质边坡的系统稳定性,判断边坡系统稳定状态及失稳模式。研究结果表明:边坡几何形状参数,结构面粗糙系数JRC,水平地震力系数kh,结构面有效抗压强度JCS和结构面基本摩擦角φb等对边坡稳定性均有较大影响,而地震力放大系数fs和竖向地震力系数kv影响相对较小。

子结构拟动力试验的模型修正法

分别针对剪切模型和杆系防屈曲支撑模型,采用有限元软件OpenSEES整体时程分析方法,研究了试验子结构数量对子结构拟动力试验结果的影响。结果表明:随着试验子结构数量的增多,试验结果精度逐渐提高,呈现出近似二次抛物线形变化规律。在构件数量较多结构体系中,试验子结构数量较少时,子结构拟动力试验的精度不高,试验的意义不大。针对一个单跨两层带斜撑框架模型,基于OpenSEES进行虚拟子结构拟动力试验,采用最小二乘法,利用试验子结构观测数据,在线识别试验子结构的恢复力模型参数,并实时修正与试验子结构有相同恢复力特性的数值子结构恢复力模型。不同试验工况下试验结果对比表明:即使试验子结构数量受到限制,在子结构拟动力试验过程中,基于最小二乘法模型修正方法可以显著提高子结构拟动力试验的精度。

拟动力试验在预应力混凝土结构抗震性能研究中的应用

本文主要介绍结构拟动力试验方法,主要包括(1)拟动力试验原理特点(2)数值积分方法(3)试验误差及其控制。通过一个实例介绍了拟动力试验在预应力混凝土结构抗震性能研究中的应用。

挡土墙后地震被动土压力的拟动力学分析

考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的研究方法,推导了地震条件下随时间变化的被动土压力系数、被动土压力合力、被动土压力强度和被动土压力合力作用点的理论公式;重点分析了加速度的放大系数以及地震卓越周期对最危险滑动面倾角、被动土压力系数以及被动土压力分布的影响。

地震荷载作用下岩石边坡的抗倾覆稳定性分析及可靠度研究

在地震多发地区,地震荷载对岩石边坡的稳定性影响显著。因此,在边坡抗震设计中,准确有效地评估其稳定性显得非常重要。安全系数法未考虑地震荷载等影响因素的不确定性,因此具有一定的局限性。本文在考虑到破坏面出流缝未堵塞和被堵塞两种情况下,利用拟动力方法计算了岩石边坡抗倾覆稳定性安全系数。在此基础上,考虑到地震荷载、坡顶超载及张裂缝内水位深度的变异性,对岩石边坡的抗倾覆稳定性进行了可靠度分析。研究发现,当破坏面出流缝被堵塞时,岩石边坡的抗倾覆稳定性急剧降低。此外,地震荷载等因素的变异性对岩石边坡的抗倾覆稳定性有着显著的影响。因此,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的稳定性,且适当地考虑岩体放大系数,有利于岩石边坡抗震设计的安全性。

结构面劣化特性对岩质边坡稳定性拟动力分析

考虑岩质边坡结构面震动劣化效应,采用拟动力方法,提出一种评估岩质边坡地震条件下边坡动态稳定性的分析方法。分析结果表明:考虑结构面震动劣化效应得出的边坡安全系数明显小于不考虑结构面震动劣化效应得出的安全系数;边坡安全系数由于震动劣化效应的影响随时间逐渐减小并最终稳定。地震烈度对边坡稳定性有显著影响,随着地震烈度增大安全系数波动程度增大,安全系数最小值减小。

挡土墙后黏性土的地震主动土压力分析

在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的分析方法,得到考虑时间和相位变化的刚性挡土墙后黏性土地震主动土压力系数、地震主动土压力合力和主动土压力分布强度的理论公式。在此基础上,利用优化算法得到地震卓越周期中的最不利工况,分析水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角、挡土墙倾角和地震放大系数对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、临界深度、合力作用点和土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度的存在大大增加黏性土的主动土压力;挡土墙倾角和地震放大效应对临界深度、合力作用点和土压力分布都有着明显影响。

考虑地震加速度时程影响的挡土墙动土压力分布

针对传统拟静力法在计算挡土墙动土压力时不能考虑地震荷载等特点的问题,采用拟动力法,考虑地震加速度随时间及挡土墙深度的变化,采用薄层分析法并结合极限平衡理论,推导了地震荷载作用下挡土墙动土压力随地震加速度时程变化的表达式,研究了墙后破裂面倾角、动土压力系数、动土压力合力作用点位置随地震时程的变化特征及地震加速度对挡土墙动土压力分布的影响。结果表明:动土压力合力作用点位置随地震加速度时程呈周期性变化,合力作用点高度高于传统方法所确定的H/3;地震荷载下挡土墙主动土压力呈非线性分布,地震加速度、内摩擦角对动土压力分布有显著影响。

倾斜挡土墙后粘性土的地震主动土压力分析

文中考虑水平地震加速度、竖向地震加速度、卓越周期和墙面倾角的因素,运用拟动力学的分析方法,得到了考虑时间和相位变化的粘性土地震主动土压力系数、土压力合力和土压力分布强度的理论公式。在此基础上,分析了水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、主动土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度导致粘性土的主动土压力大幅增加,增加的程度随着地震水平加速度系数的增大而增加。

动载下岩石边坡稳定性研究

采用拟动力法分析了岩石边坡在动载力作用下的极限承载力。采用Hoek-Brown强度准则描述岩体的抗剪特性,并得到等效的Mohr-Coulomb强度参数。基于离散法构建破坏模型,在此基础上,通过极限分析上限法推导并计算得到了极限承载力的上限解。分析表明,岩石本身强度参数对其稳定性影响比较明显;而水平动载加速度系数的影响明显大于竖直动载加速度系数的影响。初始时间差和岩体放大系数对极限承载力有显著影响。因此,在存在坡顶荷载的边坡稳定性设计中,应考虑因边坡地形等因素导致的动载作用放大的影响。