地震波斜入射下水平成层覆盖层地基波动输入研究

覆盖层具有土体动力非线性和结构成层特征,地震波斜入射下覆盖层地基自由场计算难度增大、人工边界吸能能力受到限制,制约了地震波动输入精度和应用。以水平成层覆盖层为研究对象,引入势函数理论,构建了地震波斜入射下顶层幅值矩阵与任意层幅值矩阵之间的动态传递关系,获得土体时域应变;基于二维应变状态理论,采用等效线性化法反映土体动力非线性,建立了地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基自由场解析计算方法。利用作者发展的非线性黏弹性人工边界单元模拟远域辐射阻尼效应,近场波动分析中边界单元参数随内层土体单元动剪应变变化,边界单元吸能能力达到最优。结合解析自由场转换得到的等效输入荷载,建立了适用于地震波斜入射下非线性水平成层覆盖层地基地震波动输入方法。该方法能够依据深部斜入射波和地表地震动实现覆盖层地基波动输入,依据地表地震动实现波动输入是避免了通过基底地震动正演自由场等过程。研究了弹性水平双层和非线性水平多层覆盖层地基地震响应,结果表明,波动输入计算获得位移和应力均与解析解有较高拟合度,计算精度高,可为水平成层覆盖层地基上土石坝地震响应研究提供基础。

土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用研究

在我国西部强震区拟建的土石坝多坐落于覆盖层上,覆盖层土体具有动力非线性和饱和特性,土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用复杂。为研究土石坝-覆盖层-基岩体系动力相互作用特性,分别采用地震动一致输入方法(联合地震惯性力和约束边界)和非线性波动输入方法(联合自由场非线性动力响应和非线性人工边界),对覆盖层上土石坝进行有限元动力反应分析,考虑了覆盖层厚度、土体动力特性、地震强度及地震波频谱特性的影响效应,着重讨论了大坝的加速度反应峰值。结果表明:在覆盖层土体饱和特性的影响下,一致输入方法不能合理模拟大坝体系动力的相互作用,所获得的坝体竖向加速度反应误差显著。非线性波动输入方法理论上更为严密,其所获得的坝顶竖向加速度峰值较一致输入方法降低明显,降低率为20%～62%,且当输入地震动以高频成分为主时一致输入方法的误差较大。对于坝顶水平向加速度峰值,非线性波动输入方法较一致输入方法的降低率为5%～32%。当土体材料阻尼效应明显时一致输入方法的误差较小,当输入地震动以低频成分为主时其误差较大。一致输入方法会明显低估覆盖层上土石坝的极限抗震能力。当土石坝可能遭受竖向分量较大的近场地震时,有必要采用非线性波动输入方法评价大坝抗震性能。

一种推广的缓坡方程

从流体力学基本方程出发 ,假定水流的涡量和垂向流速分量为小量 ,推导出考虑非均匀水流的推广的缓坡方程 ,该方程中包含了 2hh项和 ( hh) 2项。在方程中引入底摩擦项、风能输入项和非线性项 ,其中风能输入项的推导考虑了风浪与涌浪的区别 ,风浪情况依据青岛海洋大学的风浪成长经验关系 ,涌浪情况依据 Snyder等人的观测结果。经过上述推广后 ,得到综合考虑折射、绕射、反射、非均匀水流、底摩擦损耗、风能输入及波浪非线性的推广的缓坡方程。

覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法

较多已建和待建的土石坝直接修筑于覆盖层上,合理描述土石坝与覆盖层之间的动力相互作用对大坝抗震安全评价至关重要。基于等效荷载和人工边界的地震波动输入方法能较好地反映出结构-地基之间的相互作用并得到了广泛应用。等效荷载和人工边界参数在均质线弹性地基条件下易于获得,而对于覆盖层地基,土体动力非线性特性给求解带来很大困难。鉴于此,首先根据覆盖层侧向边界的位移模式,发展了能高效、精确地获取多向地震动垂直入射时均质或成层覆盖层自由场非线性动力响应的简化模型;结合能动态实时获取地基材料参数的非线性人工边界,发展了一套覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法。算例表明,发展的地震波动输入方法可大大减小计算网格量,并能较好地反映覆盖层对地震动频谱特性的影响且具有较高的精度。

成层地基非线性波动问题人工边界与波动输入研究

建立了考虑非线性效应的无限成层地基波动模拟的时域人工边界条件及相应的波动输入方法。首先,推导了线性阻尼介质中的一维人工边界公式,进而推广得到近似的二维人工边界方程;然后,通过等效线性化处理,获得了近似考虑远场成层地基非线性效应的人工边界;最后,建立了相应的波动输入方法。数值算例表明,所给出的人工边界与波动输入方法具有良好的精度,可以方便地应用于成层地基非线性波动问题的研究。

地震动选择及输入顺序在振动台试验中的应用研究

振动台试验中,经过相似理论设计的缩尺模型,经历一系列特定顺序地震波的输入,激励起模型结构的动力非线性行为,来研究和评价结构的抗震性能。因此对于表现出非线性行为的模型结构来说,振动台试验是个不可逆过程。因此如何选择地震波,以及如何确定地震波的输入顺序,对振动台试验成功与否,显得尤为重要。重点介绍振动台试验的选波方法以及地震波的输入顺序,并将该方法应用到再生混凝土框架模型振动台试验,通过试验结果验证了该方法的正确性。试验结果表明,通过该方法选波,能准确合理地评价结构的抗震行为。

深圳大鹏湾波高实时预报

采用非线性自回归神经网络与带外部输入的非线性自回归神经网络建立了深圳大鹏湾浮标站有效波高实时预报模型,分别预报了湾口与大梅沙两处浮标站点的3 h、6 h与12 h有效波高。预报结果显示:湾口浮标处3 h、6 h预报结果与实测值符合较好,相对误差在10%以内,相关系数在0.8以上;大梅沙浮标处波高3 h预报绝对误差在0.10 m以内,相关系数在0.6以上。

不同输入地震波作用下高土石坝地震反应分析与评价

采用基于黏弹塑性模型的三维真非线性动力反应分析方法,进行了不同输入地震波作用下高土石坝地震反应分析。研究比较了在场地波、规范波、实测波三类不同输入地震波作用下高土石坝的加速度和动剪应力反应、地震残余变形、坝坡动力稳定性和大坝的抗震安全性。结果表明,在给定的三类不同输入地震波作用下,场地波作用下大坝的动力反应最大。整体来看,场地波作用下的计算结果相对保守,满足规范波作用下的安全性是最低要求,实测波选择上存在局限性。所提出的有关规律和结论,可为工程抗震设计提供技术依据。