可液化地基上地铁车站结构地震反应特征有效应力分析

采用Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型描述土体的液化特性,采用Davidenkov黏弹性本构模型描述土体的非线性特性,建立了可液化地基-地铁车站结构非线性静、动力耦合相互作用的二维分析模型,采用动力有效应力分析方法对可液化地基上两层三跨岛式地铁车站结构的地震动反应进行了数值分析,并与动力总应力方法分析的结果进行对比,结果表明:地铁车站结构两侧及底部邻近位置的土体较易液化,地基土的液化对地下结构邻近地表的加速度反应有明显的影响,且在地基土液化的影响下地下结构有明显上浮的趋势,并呈现出中部上凸的变形特征,地下结构的破坏型式为上层顶板和底板两端的受拉破坏、下层底板边跨跨中的上拱弯曲破坏、中柱的受压破坏、侧墙底端的弯曲破坏。

循环荷载作用下软基上大圆筒结构弹塑性有效应力分析

采用隐式积分算法将改进的剑桥弹塑性动力本构模型引入大型通用有限元软件ABAQUS,对循环荷载作用下软土地基与大圆筒结构耦合系统的失稳破坏机理进行了探讨。与前人的循环三轴试验结果比较表明,该模型可以合理的模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、孔压累积效应。进而基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,建立软基上大圆筒结构的有效应力分析模型,探讨不同幅值循环荷载作用下结构的不同变形模式以及失稳机理。计算结果表明:当循环荷载幅值较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,而残余变形相对较小;而当循环荷载幅值较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大。

可液化地基地下结构地震反应特征简化有效应力分析

采用适宜于将一维应力-应变关系向三维空间扩展的等效剪应变算法和加卸载判据,构造了三维应力空间中的Davidenkov本构模型;基于Biot动力固结方程以及对剪应力和正应力差耦合剪切引起的不可逆性体应变的数学描述,建立了一个可描述可液化地基中土-地下结构相互作用的有效应力分析方法。基于FLAC3D软件平台,实现了该有效应力算法,适用于二维和三维可液化场地土-地下结构体系非线性地震效应分析。采用不同模型对饱和砂土不排水循环扭剪试验进行了模拟,对比结果表明:相较于单一循环直剪试验结果建立的修正Byrne模型,该方法可以更为合理表征复杂动应力路径下饱和砂土的孔压发展规律及液化过程。类似地,进一步分析了某可液化地基中隧道周围场地地震反应规律,探究了可液化地基-地下结构的相互作用机理。结果表明:地震波垂直向上传播引起远场土体保持正应力不变条件下规则的往复水平剪应力,当地震波传播至在土-结构接触界面时发生反射与透射现象,结构周围土体处于往复剪应力和正应力差耦合剪切状态,显著加大了结构孔压的累积速度和液化区域。采用修正Byrne模型可以较好预测远场的动力响应,却低估了结构周围场地的超孔压累积速度和液化区域,该方法能够较好反映土-地下结构相互作用对结构周围场地动力响应的影响。

液化地基中堤防地震残余变形的动有效应力分析

以变形作为地震工程安全设计的控制标准是近年来逐渐发展的趋势.堤防工程在液化地基中的地震残余变形的分析是较复杂的问题.采用定义在应变空间中考虑土体动主应力轴方向偏转影响的多重剪切机构塑性模型的动力有效应力分析方法分析某场地堤防的地震液化变形,分析了堤防在7度设防地震下的地震变形时程变化特征、残余变形分布、超静孔隙水压力的分布情况以及时程变化特征.分析结果表明,砂土层中的孔隙水压力水平发展较高,整个场地的回填砂大部分发生了液化,土体产生了较大的变形,最大变形主要集中在地表层,路堤场地的地震残余变形相对较大,原因在于地震过程中建立堤防的场地具有初始剪应力驱使土体发生较大的残余变形.

大变形有效应力分析退化为总应力分析的新方法

传统方法在将有效应力分析向总应力分析退化时,一般采用将所有节点的孔压置为0的办法,这相当于对所有节点引入0压边界条件而影响了程序的通用性。将广义Terzaghi有效应力原理引入大变形固结理论中,并推导了其增量有限元方程。提出将广义有效应力系数置为0的新方法,实现了大变形有效应力分析向总应力分析的退化。新方法概念清晰,操作简单,不需要修改边界条件,可增强大变形有效应力分析程序的通用性。通过算例分析,证明了新方法的有效性。应用中可分别将广义有效应力系数置为1和0,对同一模型经过2次运算后,可对任意点在任意加荷条件下的固结沉降、最终沉降、固结度等指标进行准确评估,为工程设计和施工控制提供有效的分析手段。

土-地下结构相互作用的三维弱耦合有效应力分析法

地震波传播至土-结构接触界面时会发生反射与透射现象,结构周围土体处于往复剪应力和正应力差耦合的三维循环剪切状态。采用三维等效剪应变算法和加卸载判据将一维Davidenkov非线性滞回模型与剪切-体积应变耦合的孔压增量模型拓展至三维应力空间。考虑循环加载过程中土骨架循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系,建立了三维应力空间中的弱耦合有效应力分析法。基于ABAQUS显式求解器,实现了该有效应力算法,可应用于大型三维可液化场地中的土-地下结构体系非线性地震反应分析。针对已完成可液化场地三层三跨地铁车站结构试验开展数值模拟,结果表明:超静孔隙水压力的累积导致土的性状变化显著影响土-地下结构动力相互作用,数值模拟得到的土-结构接触界面能量聚焦时刻以及该时刻对应的瞬时卓越频率与振动台试验结果均吻合较好,提出的三维弱耦合有效应力法能较为理想地反映振动台试验中土-地下结构动力相互作用特性。土骨架有效应力水平显著影响超孔压比的发展规律,振动台不完备的密度相似比设计会造成模型结构周围地基土与原型的超孔压比分布规律存在差异。

一维场地地震反应非线性有效应力分析法及其验证

液化所致的土体软化会影响地震运动规律,需进行有效应力分析以确定可液化场地的设计地震动参数。本文提出一种弱耦合形式的场地反应有效应力分析法。此方法将土的非线性滞回模型与剪切–体积应变耦合的孔压增量模型相结合,建立了循环加载过程中循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系;基于ABAQUS显式求解器开发了相应的材料子程序。该方法被用于模拟日本强震台阵非液化和液化场地的地震反应分析,在不同深度的水平地震动模拟和记录之间显示出很好的一致性:计算与记录的非液化场地井下台阵的地表峰值加速度仅相差2.6%(弱震)和11.8%(中强震);计算与记录的液化场地井下台阵在设置强地震仪深度处的土层峰值加速度的差异均在5%以内,且计算与记录的非液化和液化场地的谱加速度曲线吻合度较好。对比专业软件DEEPSOIL V6.0计算的强震台阵液化场地地震反应的结果,本文方法能更好地模拟高频地震波在多层液化土层中的传播以及液化土层的非线性放大与滤波效应。

砂土地震液化的一个二维有效应力分析方法

在对土石坝进行有效应力的动力反应分析中,目前采用的孔压上升规律大都是通过量测不排水振动试验的孔压变化得到的。本文提出的二维有效应力动力反应分析方法,其孔压上升规律是根据孔压产生的机理,通过量测振动排水试验的砂样体积变化和砂样的回弹特性得到的。用这个方法分析了某尾矿坝施工过程中经受九度地震的情况,同时也对该坝进行了总应力动力分析,以便与有效应力分析方法进行比较。

灰渣坝抗震稳定性的三维有效应力动力分析

本文采用三维有效应力动力分析方法 ,分析研究了某灰渣坝在 8度地震作用下的稳定性 .抗震分析中同时考虑了坝体的三维特性、震动引起的孔隙水压力对材料剪切模量的影响 。

灰渣坝抗震稳定性的三维有效应力动力分析

采用三维有效应力动力分析方法 ,分析研究了某灰渣坝在 8度地震作用下的稳定性。分析中同时考虑了坝体的三维特性以及地震荷载作用下孔隙水产生、扩散、消散作用对材料剪切模量和坝体滑动稳定性的影响 。

液化地基中沉箱码头墙体地震残余变形的有效动应力研究

以变形作为地震工程安全设计的控制标准是近年来逐渐发展的趋势,海港公路工程中大型重力式沉箱码头在液化地基中的地震残余变形的分析是较复杂的。采用定义在应变空间中考虑土体动主应力轴方向偏转影响的多重剪切机构塑性模型的动力有效应力分析方法,分别从地震加速度幅值、码头底部置换砂与码头身后回填砂土的标贯击数、处理范围以及码头宽高比等详细分析了码头地震残余变形随各影响因素的变化规律,结果表明,地震动水平、置换砂处理厚度、标贯击数和码头的宽高比是较敏感的影响因素,对残余变形具有显著的影响,且回填砂的加固存在一个合理有效范围。计算绘出的一系列分布图有助于工程设计者初步预测码头的地震残余变形。

可液化场地20万吨级卸荷式板桩码头地震反应分析

地震作用下场地液化是码头结构发生破坏的主要原因之一。针对一种20万吨级卸荷式板桩码头建立二维有限元数值模型,采用有效应力法对该码头结构进行动力时程分析,研究其在可液化场地条件下的受力变形特征以及周围土体的动力反应。结果表明:可液化场地条件下,板桩码头的前墙变形与传统单锚式柔性挡墙不同,未出现明显的凸胀变形;地震作用过程中前墙承担的弯矩最大,最大弯矩位于海底泥面附近;码头结构对周围土体的地震反应有放大效应,临空面对土体地震动峰值加速度(PGA)影响范围随地震强度的增加有减小的趋势;墙后填土液化范围随地震动强度的增加逐渐扩大,在0.50 g情况下存在整体滑移的危险。

循环波压力下软基上大圆筒防波堤数值分析

基于忽略土骨架和孔隙水惯性效应的广义Biot固结理论的简化形式,采用前人提出的改进剑桥弹塑性动力本构模型以模拟软黏土在循环荷载作用下的变形、超静孔隙水压力累积效应,对于循环波压力作用下软土地基与大圆筒结构物耦合系统进行了弹塑性有效应力有限元分析,探讨了不同波高条件下大圆筒结构的不同变形模式以及失稳机理.计算结果初步表明:当波高较大时,大圆筒结构与地基耦合系统的瞬时位移较大,残余变形相对较小;而当波高较小时,大圆筒结构与地基耦合系统的残余位移相对较大.

晋江防洪堤抗震液化和变形分析

为了探讨地基液化对防洪堤的影响以及不同碎石桩加固深度的抗液化效果，以应变空间的多重剪切模型为本构关系，同时考虑地基、结构与流体的相互作用，进行非线性动力有效应分析。计算结果表明，8度地震设防天然地基防洪堤顶部上游侧端点的水平残余变形为15．10厘米，竖向残余变形为53．4厘米；地基加固6米后能够满足8度地震抗震设防要求。

波浪作用下黏性土海床动力响应数值分析

波浪作用下黏性土海床的动力响应对于海洋建筑物的稳定性具有重要的影响。在大型有限元软件ABAQUS平台上进行二次开发,根据重复性原理（repeatability principle）在有限元模型中设置侧向边界条件,采用Carter等（1982）提出的改进剑桥动力本构模型模拟海床土体。首先通过与有关弹性海床在波浪荷载作用下力学响应的解析解的对比,在一定程度上验证了有限元模型的合理性。进而通过参数对比研究,探讨了波高、波浪周期、海床土体的渗透系数等因素对于弹塑性黏性土海床力学响应的影响。计算结果表明,在波高较大、周期较短、土的渗透系数较低情况下,容易导致黏性土海床丧失稳定性。

田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤抗震稳定分析

以田湾核电5-8号机组第一阶段取水明渠工程北导流堤实际工程为背景,详细阐述了核电规范规定的3种稳定性分析方法,即滑动面法、静力有限元法和动力有限元法。运用Geo-slope软件分析导流堤抗震稳定性,计算出在不同地震动SL1和SL2条件下滑动面位置和最小安全系数。SL1条件下安全系数大于1;对SL2条件下安全系数小于1,导流堤发生瞬时失稳的情况,进行了Newmark滑移量分析,但由于非线性地基土液化区的存在,需进一步应用有效应力动力分析方法进行补充分析,结果表明:SL1地震动作用下,导流堤稳定性良好;SL2地震动作用下虽发生瞬时失稳,但变形量很小,仍然具有安全性。计算方法和分析成果对类似核电导流堤抗震稳定分析具有一定的指导和借鉴作用。

旋喷桩施工对软土地基影响分析

本文使用有限元程序ADINA对旋喷桩施工过程及施工完成后50d内土体的固结情况进行模拟计算，结合实际工程监测数据，分析了旋喷桩施工对周围土体的影响。有限元分析采用有效应力分析方法，土骨架采用摩尔一库仑弹塑性材料模型。

用液化度概念评价岩土结构地震液化变形的探讨

地震液化研究的核心是变形。在很多情况下地基虽未达到完全液化,然而饱和砂土由于超静水压的上升而造成的软化,使得地基及其上部结构发生较大变形。由于工程设计人员很难预测变形大小,因此引入液化度概念来间接表征岩土结构的变形。针对目前液化程度评价方法的缺点,给出采用液化度概念的原由,对液化度的概念进行了明确的定义并给出其计算方法。接着,通过分析1995年日本阪神大地震中沉箱结构液化变形,例证液化度评价岩土结构变形的重要意义。最后,提出用液化度评价岩土结构变形的研究思路,分析不同影响因素并建立它们之间经验的函数关系,提出工程设计中可通过不同影响因素的组合来优化地基处理范围,达到经济合理的效果。

考虑K_0固结或渗流与变形耦合的软土基坑工程二维数值模拟

在大型有限元通用软件ABAQUS的平台上进行了邓肯-张模型用户材料子程序的开发,首先采用平面应变单元、二维梁单元和二维桁架单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,对福州市一典型软土基坑工程按实际分步开挖和支护过程进行了二维数值模拟"目标试验"。模拟过程中土体分别采用了K0固结和正常固结试样的邓肯-张模型及莫尔-库仑理想弹塑性模型,将各模型预测值与现场实际监测结果和现行规范建议的m法设计计算结果进行了比较。结果表明:以K0固结试样CU试验得到的邓肯-张模型参数进行总应力分析的预测结果与实测结果最为接近。其次,由K0固结试样CD试验得到的邓肯-张模型参数,采用渗流和变形耦合的有效应力分析有限元法,探讨了稳定渗流作用下基坑工程的数值模拟方法,揭示了基坑施工过程中总孔隙水压力和超静孔隙水压力的变化规律,供工程实践参考。

考虑G_(max)附加衰减的场地地震响应离心机试验数值模拟

在常规的场地地震响应有效应力分析法中,通常只考虑Gmax随有效应力和孔隙比的变化,而最新的试验研究表明,Gmax在大应变幅振动下存在附加衰减。收集了不同类型土体在大幅振动下的298组Gmax数据,拟合并给出了对应于两种Gmax附加衰减模式的计算模型,通过编制可考虑Gmax附加衰减影响的一维场地地震响应有效应力分析程序,分别对典型场地和离心机振动台模型场地的地震响应进行分析对比。结果表明:Gmax附加衰减对场地加速度和剪应力响应均有较大影响,将加速场地液化进程和扩大场地最终液化范围;考虑Gmax附加衰减可较好地模拟动力离心模型试验场地动力响应;但在强震情况下,场地迅速液化,Gmax附加衰减对场地动力响应的影响反而减弱。