基于Davidenkov本构模型的三维沉积盆地非线性地震动谱元法模拟

为研究三维沉积盆地内低波速土体非线性反应对近断层地震动的影响,实现基于物理的全过程(震源破裂-地震波传播-复杂场地效应-近地表土体非线性反应)三维复杂场地地震动模拟,在谱元SPECFEM3D程序中进行二次开发,采用目前具有丰富工程应用且适用于不同土类的三参数Martin-Seed-Davidenkov本构模型,结合已有的不规则加卸载准则,通过在程序中修改每个显式时间步下的应力增量,实现了土体剪切模量的实时更新和加卸载拐点的有效识别,将土体的非线性特性纳入到三维复杂场地地震动模拟中。首先将建立的三维模型通过施加合理边界退化至一维,与一维非线性动力分析软件DEEPSOIL的结果进行了对比,验证了开发的正确性;进而将开发的程序应用于中国滇西南地区施甸盆地的非线性地震动模拟,并与相应的线性结果进行了对比。结果显示,受土体非线性的影响,施甸地区PGA和PGV较线性结果峰值均降低,且非线性土体对PGV的影响更加明显,较线性结果最大降低约30%;沉积非线性使沉积内部观测点的速度及其反应谱幅值降低,且特征频率向长周期方向移动。

Davidenkov模型对海域软土的适用性研究

对渤海海域软土开展了大量应力控制振动三轴试验,在测定土样动剪切模量比与阻尼比的基础上,通过统计分析获得了海域软土动剪切模量比G/Gmax与阻尼比λ随动剪应变γ变化的平均曲线。开展了Davidenkov模型对海域软土的适用性研究,并引入Hardin-Drnevich模型进行对比分析。结果表明,Davidenkov模型比Hardin-Drnevich模型更适用于海域软土,它能更理想地拟合海域软土G/Gmax–γ曲线,但利用Davidenkov模型结合Masing法则得到的理论阻尼比与实测阻尼比仍有一定差别,工程实际中可根据推荐公式估计海域软土阻尼比。

Davidenkov模型在FLAC^(3D)中的开发及验证

基于FLAC3D提供的二次开发平台,实现了Davidenkov模型的二次开发。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,可为其他用户进行本构模型的修改提供借鉴与参考。将模型土加速度放大系数及动剪切模量与动剪应变关系曲线的计算结果与上海典型软土地铁车站结构振动台模型试验实测结果进行对比,检验了模型的正确性。同时模型的成功开发可为软土地区建筑结构的抗震设计提供一种适用的本构模型。

Davidenkov土动力非线性模型在OpenSees软件中的实现与应用

在地下空间被大规模开发的过程中,地下结构抗震问题逐渐得到重视,由于地下结构的特殊性,对于地下结构周围地基土动力性质的研究显得尤为重要。土在动荷载作用下会出现非线性、滞后性和变形累积性等力学特性,骨架曲线可以通过实测资料采用函数进行拟合的方式确定。本文以武汉地区软土为研究对象,通过共振柱试验得到不同围压下剪应变和剪切模量的关系,并拟合出Davidenkov模型中的参数。以Open Sees地震工程模拟开放体系为平台进行二次开发,编制Davidenkov模型材料子程序,并对该黏土在地震作用下的动力响应进行了分析,同时对比试验结果验证了程序的可靠性。

基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证

非等幅循环荷载作用下,采用"扩展Masing"法则修正应力–应变滞回曲线时,程序的实现过程中需要预留大量的状态变量。针对该问题,提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替"扩展Masing"法则中的"上大圈"准则。通过等效剪应变算法的比选,给出了加卸载判据简单且精度更高的等效剪应变算法。基于ABAQUS软件的显式模块,开发了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型的显式子程序模块,适用于大规模二维和三维场地非线性地震效应分析。选取Mississippi湾500 m深的钻孔作为计算模型,通过与一维场地非线性地震效应分析专业程序Deepsoil计算得到的输入不同强度地震动下的地表峰值加速度、PGA=0.65g的场地地震反应的对比分析,佐证了提出的Davidenkov本构模型不规则加卸载准则与等效剪应变算法的合理性。

基于Davidenkov模型的北部湾海岸混合土动力特性试验研究

文章中采用GZZ-70共振柱试验仪对北部湾混合土进行试验,得出了北部湾混合土在小应变范围不同含水率、干密度和固结围压条件下的动剪模量比及阻尼比等动力参数的变化趋势,并基于改进后的Davidenkov模型对G/G max~γ曲线进行拟合,得到了不同条件下三参数A,B和γ0的理论值,为沿海混合土场地土体动力特性分析和研究提供了试验参考依据。

基于有向体模型的植被参数反演及室内宽带实验研究

该文对具有极化特征的植被提出一种基于有向体(OV)模型的参数反演算法,并尝试在微波暗室内构建全极化干涉合成孔径雷达半实物宽带测量系统,对模型及算法进行实验验证。根据OV模型的植被特征,以同极化之差所代表的二面角散射机理作为地形相位点的判别依据,结合计算平均值和标准差的方法反演出植被高度。接下来,在环境可控的微波暗室内构建了实验系统,采用两个高度已知的三面角对干涉基线距进行校准,提高了参数反演精度。实验结果表明:在场景的地体幅度比较大的情况下,植被反演高度与实际高度的误差仅为0.03 m,全频带内的高度反演误差不超过0.2 m,说明了反演算法的有效性。

考虑前车加速度信息的跟驰模型及数值模拟

为了改进最优速度(OV)跟驰模型只考虑车间距因素对车辆跟驰行为影响的不足,在考虑前导车加速度信息对后车跟驰行为影响的基础上,提出了一种改进OV跟驰模型。并利用小振幅扰动法对模型进行了线性稳定性分析,得到了模型的稳定性条件,对改进OV模型进行了数值模拟。仿真结果表明,与传统OV模型相比,考虑前导车加速度信息对跟驰车的影响后,交通流的稳定区域显著增加,改进OV模型能有效抑制交通流的堵塞。

基于等效黏弹性模型获取土体最大动剪模量的计算方法

土动力特性参数中,最大动剪切模量Gmax是定量描述土动力学本构最重要的参量之一,现有研究方法通常需较多参量及工程经验方能对其进行半定量的计算,但天然状态条件下土体的Gmax真值是唯一且确定的。为此,结合对土体动力学特性广泛适用性的基于等效黏弹性理论的修正Davidenkov模型,基于土动三轴试验,提出对该模型中的3个参量多元回归和对Gmax自适应逼近迭代的反分析算法,用于求取Gmax并得到本构方程中所需系数。研究表明:该算法在同时满足Davidenkov模型曲线三参数对测试数据拟合以及反算Gmax残差最小的双重计算约束条件下,对3类土样的动三轴测试数据进行拟合,在规避直接获取Gmax存在困难的情况下,顺利得到各测试样本的动本构模型。

跟驰模型中反应延迟时间项作用机制的数值模拟

人类对于事件的反应机制决定了道路行驶车辆在跟驰过程中存在反应延迟现象。对几类常见跟驰模型中所反映出的延迟时间的含义进行了定义与区分。利用Matlab软件对GHR模型、OV模型以及FVD模型进行了2车跟驰状态和车队信号灯放行阶段的模拟,分析了这3类模型中反应延迟时间设置的必要性。结果显示GHR模型中反应延迟时间不可忽视,而OV模型以及FVD模型中反应延迟时间可以省略,同时也证明了各跟驰模型建模思路的合理性。

前后车辆最优速度差跟驰模型与数值仿真

为了克服经典最优速度(OV)模型仅依据车间距单一因素调整跟驰车最优速度的局限性,在考虑前导车与跟驰车最优速度差信息对交通流稳定性影响的基础上,提出了一种改进的最优速度差(OVD)模型,并通过小振幅摄动法对模型进行了稳定性分析,推导了模型的稳定性条件。最后对改进OVD模型进行了数值仿真。通过线性稳定性分析,发现考虑前后车辆最优速度差后,自由流稳定的临界驾驶员反应灵敏度系数明显减小,稳定区域显著增加。仿真结果表明,与OV跟驰模型相比,在相同初始扰动条件下,改进OVD模型能够明显增强交通流的稳定性。

基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.

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。

盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算

在广泛总结分析国内外关于地下工程结构抗震设计文献的基础上 ,从多自由度体系的动力平衡微分方程出发 ,采用时程分析法 ,计算盾构区间隧道衬砌结构的地震反应 .详细论述了近几年来逐步成熟和完善的一种数值积分方法———连续介质快速拉格朗日差分法 .讨论了土体材料的动力特性 .建立了盾构区间隧道抗震设计方法 ,并将其运用到广州地铁二号线赤岗—客村区间隧道的抗震设计中 .

上海地区土动剪切模量比和阻尼比的统计研究

按照上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DG J08-37-2002)根据土性的差异对上海滨海平原地区划分的标准层,对收集的上海地区大量的共振柱试验和动三轴试验结果进行分类统计,并采用Davidenkov模型进行拟合。由于统计样本数量较多、样本分布范围较广且同时统计了共振柱试验结果和动三轴试验结果,给出的结果在上海地区具有一定的适用性和可靠性。

某尾矿库坝基粉砂动力特性试验

通过对某尾矿库坝基粉砂进行共振柱和动三轴试验,得到动力特性参数的归一化曲线。分析变形特性与强度特性得到粉砂动力参数的变化规律。由动三轴试验得到不同固结比和固结压力下粉砂动强度、动孔压比与振次的关系,发现动强度与破坏振次间符合乘幂关系,可用幂函数来拟合;动孔压比与振次的关系可用指数函数进行拟合。采用Hardin-Drnevich双曲线模型与Davidenkov模型对动剪切模量比进行拟合,试验分析结果表明,随着围压的增加,两种模型的拟合效果均有所改善。同一围压下,Davidenkov模型拟合效果优于Hardin-Drnevich双曲线模型。

低幅值小应变振动下土体弹性刚度的非线性特征与表述方法

随着高速铁路建设的兴起,轨道以及沿线附近建筑物承受低幅值小应变振动荷载的作用。对于小应变振动下土体的有限元计算,如何确定连接应力和应变之间纽带的刚度张量E,对于建立合理的预测模型来分析高速铁路轨道以及沿线建筑物的沉降变形至关重要。低幅值小应变振动下剪切模量G和阻尼比D随剪应变幅值的变化是反映土体刚度及阻尼特征最重要的两个参数。通过共振柱试验发现,振动荷载作用下土体的剪切模量G必须通过振动应变幅值和固结围压共同来确定,即使在小应变(剪应变幅值10-6<<10-4)振动下,也会表现出明显的非线性特征。Davidenkov模型是在双曲线模型基础上为了更好地拟合剪切模量曲线G/G max-和阻尼比曲线D-的试验结果而提出的,不足之处在于Davidenkov模型的拟合参数过多,关键参数γ0的取值没有明确的物理方法。对于低幅值小应变振动情形,为了简便起见,忽略大应变振动情形下由于循环效应和速率效应引起的强度变化,在Mohr-Coulomb破坏准则的基础上,通过引入由给定应力状态下的静抗剪强度τf与最大剪切模量G max的比值来确定的参考剪应变ref来代替Davidenkov模型中的拟合参数0,尝试提出简化的两参数Davidenkov模型,并通过共(自)振柱试验验证了该方法对计算低幅值小应变振动情形下剪切模量和阻尼比的可行性。

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。

渤海海域软表层土的动力特性

为深入研究渤海海域软表层土的动力特性,在渤海海域多个钻孔钻探取样的基础上,研究了其软表层土的工程物理性质。利用振动三轴试验仪进行了一系列不排水动力试验,分析了渤海软表层土在动荷载作用下的动剪切模量比、阻尼比变化特征,并与陆域同等埋深软弱土进行了对比。利用Hardin-Drnevich模型、Davidenkov模型等开展了软土非线性动力本构关系研究。研究结果表明:在类似埋深条件下的陆域软弱土与海域软表层土动力特性有明显差异;Davidenkov模型对陆域与海域软弱土动剪切模量比曲线的拟合效果优于Hardin-Drnevich模型。

临近交叉口的车辆跟驰换道行为研究

临近交叉口的车辆往往呈现出复杂多样的跟驰换道行为.基于二维最优速度(OV)交通流模型,本文构建了一个改进的双车道车辆跟驰换道模型,以刻画交叉口前路段上的车辆跟驰换道机制及车流宏观特征.借助模型分析了换道车辆比例、换道期望参数和跟驰安全距离等对交通流宏观特征的影响.结果表明:换道车辆比例对通过停车线的进口道流量有负面影响,换道行为越多,进口道流量越小.换道期望参数越大,换道成功率越大;当道路拥堵时,增大换道期望会减少进口道流量.增大安全距离,容易提升换道成功率但会减小进口道流量,同时促使拥堵发生.