奥罗维尔土坝三维排水有效应力动力分析

本文采用三维排水(考虑孔隙水压力扩散与消散)有效应力动力分析方法,研究了美国奥罗维尔(Oroville)土坝在7度地震作用下的动力反应。研究中将地震孔隙水压力与土坝的变形和团结紧密结合起来,将地震孔隙水压力引入皮奥(Blot)方程,用三维等参数有限元法求解变形和残余孔隙水压力,计算了地震动应力、动应变、加速度、残余孔隙水压力及其随时间的变化等。最后,用二维排水有效应力动力分析的结果与之比较。

桩基震陷的有效应力动力计算方法

本文提出一种能够全面考虑应力、应变、振动孔隙水压力、震陷以及桩土界面规律的上体动力计算模型，并将该模型与Ｂｉｏｔ两相介质动力固结方程相结合，建立了拉基震陷的有效应力动力计算方法。液化砂土地基上典型高层建筑的拉基震陷计算发现：地基液化可以使柱产生较大的震陷，地震期间桩基的瞬时沉降较小，震陷的主要发展阶段是在地震结束以后的一段时间。

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 。

基于物态本构模型的土体动力反应分析方法

通过对现有土体动力反应分析方法的分析,提出了新的有效应力物态地震反应分析方法。首先,建立了能够全面反应饱和土体的应力应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力和偏应力与变形的耦合性等主要特征的有效应力物态动本构关系。其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合、静应力和动应力变化相耦合,孔压产生、扩散和消散相耦合、能够较全面反映动力作用下土体应力应变反应的真实过程为特点的三维瞬态动力方程组,形成了饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。最后,开发了新的动力固结三维有限元分析程序,通过对一个饱和路基的计算和分析,不仅得到了合理的土体动力性状,而且验证了该分析方法与程序的正确性。

土层非线性非平稳有效应力动力响应可靠度分析

在非平稳一致地震输入下对非线性土层进行了有效应力动力响应可靠度分析。通过虚拟激励法,将非平稳地震加速度功率谱密度作为基岩上的虚拟输入,并利用Hardin-Drnevich双曲线模型考虑土层的非线性特性,迭代计算得到土单元的剪切模量与阻尼比。在此基础上,运用有限元方法对土层进行了地震响应分析,通过比较4种方法获得等效峰值剪应力和剪应变来计算等效动力剪切模量和振动孔压。结果表明,采用基于概率平均法的插值方法与确定性分析所得的平均值较为接近,说明由于孔压的不断上升与土层有效应力的降低,可液化地基的地震响应变为非平稳随机过程。

土体动力反应分析方法的研究

【目的】比较土体动力反应分析方法的优劣,并指出其研究发展的方向。【方法】以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将物态本构模型引入到动力反应与动力固结相耦合、静应力和动应力变化相耦合、孔压的产生、扩散与消散相耦合的瞬态动力固结方程中,以砂土路基作为数值分析对象,比较了物态本构模型、孔压模型和等效粘弹性分析孔压特性和残余变形特性的差异。【结果】基于孔压模型的等效粘弹性土体动力反应分析是一个平均过程,体现不出某一时刻土体的实际性态,而基于物态本构模型的瞬态动力反应分析反映了孔压的瞬态变化的波动,体现了土体任意时刻的真实性态。【结论】以动力固结和瞬态动力学理论为基础的反应地震过程中,土体物态变化的动力反应分析方法将动力反应与动力固结耦合在一起,能够真正地反映实际土体的真实性态,是一种有发展前景的科学方法。

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 。

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。

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。

不同库区水位下坝基地震液化的有效应力分析

采用基于有效应力的完全耦合动力分析方法和Cyclic mobility动力本构模型,以某水库大坝作为工程实例进行分析,讨论在设计水位和死水位情况下坝基的地震液化可能性.计算结果表明,Cyclic mobility本构模型可以很好地模拟饱和砂土的液化.通过分析可以得出如下结论:在死水位情况下坝基的液化区域较设计水位情况下减少,但由液化所引起的上游变形明显增大,因此设计时需要对此引起注意.

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。

PRC简支梁桥有效预应力识别的BP神经网络方法

为了识别直线偏心预应力作用下PRC简支梁桥的有效预应力,提出一种基于简支梁桥模态频率和动力响应的BP神经网络方法。建立车-桥耦合振动模型,由MATLAB编程计算不同预应力水平对应的PRC简支梁的模态频率和动力响应,利用计算得到的模态频率和动力响应识别简支梁桥的有效预应力。构建3层BP网络,通过14组训练样本的训练,网络展示了良好的收敛性。仿真实验结果表明,网络表现出很强的回想记忆能力和内插能力,且对样本噪声的适应性比较强,识别结果具有较高的精度。表明该方法可以有效地、方便地识别简支梁桥的有效预应力。

饱和砂土体有效应力物态动力本构模型及应用的研究

首先通过对现有土体动力反应分析方法的系统分析,在动三轴仪上对饱和砂土进行大量等q往返球应力p、等p往返偏应力q以及往返p,q三类固结排水动力试验,揭示往返球应力和往返偏应力作用下饱和砂土的应力–应变特性。在继承饱和砂土瞬态动力学理论的基础上,完善由状态边界面、相态转换面及应力历史边界面构成的静动有效全应力空间特性域,建立新的有效应力物态本构模型。由于该模型是建立在球应力–体应变、球应力–偏应变和偏应力–偏应变关系的基础上,因此能够全面反映饱和砂土的应力–应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力–偏应力–变形的耦合性等主要特征。其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应–动力固结相耦合、静应力–动应力变化相耦合以及孔隙水压力产生–扩散–消散相耦合,能较全面地反映动力作用下土体应力–应变反应的真实过程为特点的三维瞬态动力方程组,形成饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。

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。

多层多跨预应力混凝土框架结构弹塑性静、动力分析

目前对预应力混凝土框架结构抗震能力的理解多是基于单跨预应力混凝土框架的低周反复荷载试验或振动台试验。然而,多跨预应力混凝土框架结构耗能机制和薄弱部位与单跨框架结构不尽相同。本文分别采用弹塑性动、静力分析方法(时程分析方法、Pushover分析方法)对一榀多跨部分预应力混凝土框架结构的抗震能力和屈服机制进行了分析研究,并通过对两种分析结果的比较验证了Pushover分析方法的可靠性。

静力固结及动力固结有效应力法在FEPG中的实现

针对有效应力法应用于饱和土体动力反应分析时扩展性不强的缺陷,从D’Alembert-Lagrange原理出发,结合有效应力原理和渗流连续性条件,给出饱和砂土的动力固结耦合方程及相应增量方程的弱解形式。根据有限元语言的语法规则,分别编写静力固结问题和动力固结问题的脚本文件,由有限元程序自动生成系统(FEPG)生成FORTRAN源程序,且对等效刚度阵进行了对角线归一化处理,并编写了相应子程序。算例分析表明,所开发的程序正确、可靠。

箱梁牛腿横向应力分布及有效计算宽度有限元数值分析研究

采用有限元数值分析方法,针对牛腿的不同情况,分析牛腿沿横向和竖向的应力分布规律,探讨横桥向支座宽度以及水平力对牛腿有效计算宽度的影响。

爆炸地震波作用下地下结构动力响应数值分析

爆炸地震波荷载类似于天然地震波荷载,但又不完全相同。基于有效应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平爆炸地震波荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向爆炸地震波荷载对地下结构的耦合效应,得出了一些定性的结论。

某核电站取水导流堤动力响应及稳定性分析

将土体简化为Hardin-Drnevich等效线性模型,运用有效应力动力分析方法,得到SL1和SL2地震动作用下某核电导流堤的稳定安全系数、液化区分布以及震后残余变形。分别采用整个地震过程中的最小安全系数和最小平均安全系数评价了导流堤的稳定性,对计算结果进行了比对。SL1地震动作用下,导流堤地基砂土液化范围较小,不会影响导流堤结构的正常使用;SL2地震动作用下,导流堤地基土层中的砂土发生了大面积的液化,导流堤发生了较大的变形,但不至于使导流堤整体向渠心滑移,不会影响到核电厂的安全用水。本文成果对类似工程抗震设计具有一定的参考价值和指导意义。

某预应力混凝土框架结构的连续倒塌有限元分析

为了分析某预应力混凝土框架结构抗连续倒塌性能,本文采用动力非线性分析方法应用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一榀两层两跨的预应力混凝土框架厂房分别进行拆除底层角柱、底层中柱的连续倒塌数值仿真分析。通过数值分析分析得出:预应力混凝土结构的抗连续倒塌性能弱;对于预应力混凝土框架结构,拆除中柱的工况下比拆除角柱的工况下更容易发生连续倒塌;对于预应力混凝土框架结构抗连续倒塌性能的增强必须同时加强梁和柱的构造措施。