基于超大型三轴仪的堆石料缩尺效应研究

对某一爆破筑坝堆石料开展了试样直径1m(最大粒径为200mm)的超大型和试样直径0.3m(最大粒径为60 mm)的常规大型三轴固结排水剪切试验,研究了平行相似级配条件下最大粒径对应力–应变关系、颗粒破碎、特征应力状态、割线模量及邓肯张E-B模型参数的影响。试验结果表明:(1)大型三轴试验的峰值内摩擦角大于超大型三轴试验,并且峰值应力处的轴向应变小于超大型三轴试验;(2)大型三轴试验的相变应力比大于超大型三轴试验,并且相变处的体变及轴向应变均小于超大型三轴试验;(3)大型三轴试验的颗粒破碎率小于超大型三轴试验,但二者平行粒组的变化规律相同;(4)大型三轴试验在应力水平50%处的割线弹性模量及割线体积模量均大于超大型三轴试验。大型三轴试验的邓肯张E-B模型参数k,kb分别是超大型三轴试验的1.22倍、1.38倍。研究成果可为建立考虑缩尺效应的堆石料本构模型和分析土工构筑物变形提供重要的试验依据。

堆石料动力变形特性试验研究

采用大型静动力简单剪切仪,对某面板堆石坝灰岩堆石料进行了动剪切模量阻尼比试验和动残余变形试验。试验资料表明,堆石料的模量阻尼特性采用修正等价黏弹性模型描述可取得较好效果。考虑到在围压和动应力比较高时,残余应变与振次的关系和半对数规律偏差较大,采用幂函数描述残余应变的发展,建立了以平均主应力、固结应力比和动剪应变为自变量的残余变形计算模型。通过拟合不同堆石料的试验结果,表明该模型具有较好的适用性。

桩基础动阻抗函数计算方法研究

随着现代工程建设规模的扩大,桩基础得到广泛的应用。针对成层地基上的桩基础,采用两种方法计算了桩基础动阻抗函数:子结构法即离散桩体,采用混合数值算法求解半无限成层地基的格林函数,并结合容积法进行求解;直接法即对桩及桩周围有限域土体进行离散,在边界处施加黏弹性人工边界,进行桩-土系统的整体求解。前一种方法中所采用的混合数值法,该方法计算精度高,且适用于复杂水平成层地基,后一种方法则计算方法简单,适用于大型群桩系统。在数值算例中,计算了半无限地基中单桩、2×2桩基和4×4桩基以及多层水平成层地基中带承台的桩基础的阻抗函数,验证了方法的精度,并讨论了网格尺寸、计算范围选取对计算精度的影响。研究结果对桩基和施工有一定指导意义。

循环荷载下含裂缝缺陷的混凝土断裂特性试验研究

为研究含裂缝缺陷的混凝土在循环荷载作用下的断裂性能,利用MTS试验机对带有预制裂缝的混凝土三点弯曲梁试件进行了循环加载试验,获得了荷载-裂缝张口位移试验全曲线,据此得到了试验曲线的包络线和共同点轨迹线,并计算了试件的断裂能和滞回环的耗散能。通过对循环加载试验声发射信号的采集,分析了混凝土试件在该荷载历史下的声发射特性。结果表明:循环加载曲线的包络线与单调加载曲线相吻合,且共同点轨迹线与包络线的形状相似;两种循环加载试验得到耗散能与循环次数的曲线趋势相同,形状相似;循环加载试验中的声发射参数可以表征混凝土试件循环加载全过程的受力状态,并呈现出明显的Felicity效应。

带填充结构圆柱形容器内液体横向晃荡特征研究

应用比例边界有限元法(SBFEM)研究了带填充结构圆柱形容器内液体横向晃荡问题。忽略流体的黏性并假设流体不可压缩,利用变分原理,推导出各子域速度势的SBFEM控制方程,引入贝塞尔函数作为基本解并根据匹配边界条件求解控制方程。将SBFEM计算结果与解析解进行比较,在很少的离散单元下能得到很高的计算精度,从而验证了该方法的精确性和高效性。同时,数值结果表明选取合适的填充介质参数及适当的填充区域情况下,可以取得有效的减晃效果,可为实际工程提供理论参考。

海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。

移动荷载下各向异性层状地基-柔性路面结构动力响应的半解析解

提出了移动荷载作用下各向异性层状地基上柔性路面结构动力响应分析的半解析解法。基于土-结构相互作用理论,建立了柔性路面-层状地基的动力耦合模型。对近场道路结构建立波数域有限元模型,基于精细积分及谱元法原理建立远场地基的谱元模型,利用子结构法来确定近-远场耦合界面处的边界条件,进而实现近场和远场结构的耦合,利用快速Fourier变换获得柔性路面在时空域的动力响应解答。该文方法既可以考虑道路结构的几何特性,也可以计入地基层状分布及各向异性特性的影响。近场有限域模型尺寸不会受到地基层数及层厚的影响,数值求解稳定。通过与解析解的对比,验证了提出方法的有效性与合理性。数值算例对比分析了道路-地基耦合模型与以往整体层状道路模型所得动力响应的差异,并讨论了道路结构层弹性模量的影响规律。

地震荷载作用下海上风力机结构动力模型试验

综合考虑弹性相似律和佛劳德数（Fr）相似开展固定式多桩基础海上风力机结构动力模型试验,研究海上风力机整体结构在地震、风、波浪及海流单独及联合作用下的结构动力反应。运用ANSYS建立试验模型的有限元模型,将实测的地震波、风荷载和波高时程等荷载条件施加于数值模型,开展动力时程反应分析。通过试验数据与有限元结果的对比分析得出,在进行地震荷载作用下海上风力机结构动力反应分析时,需要考虑风、波浪等荷载因素的影响;地震、风、波浪荷载之间的耦合作用对结构内力反应具有显著影响,特别是当设计地震峰值加速度较小时,风与波浪荷载作用下的结构内力反应与地震荷载作用时效果相当。

大坝结构静动力分析的精细化模型

阐述近期大连理工大学抗震研究所在大坝抗震分析方面所取得的研究成果,为了提高大坝结构静动力分析的计算精度与效率,提出多边形单元的计算技术与奇异应力场计算方法,该方法使应力计算成果较有限元法有很大的改进,且计算工作量比较节省。

筑坝材料缩尺效应及其对阿尔塔什面板坝变形及应力计算的影响

针对阿尔塔什混凝土面板坝工程,基于超大型三轴仪(试样直径800 mm,最大粒径为160 mm)和传统大型三轴仪(试样直径300 mm,最大粒径为60 mm)固结排水剪切试验结果,研究了筑坝材料缩尺效应及其对阿尔塔什面板坝竣工期坝体变形及应力计算的影响。主要结论有:阿尔塔什筑坝砂砾料与人工开采的灰岩爆破料变形特性的缩尺效应规律相反,砂砾料超大型三轴试验的邓肯张E-B模型模量参数k和k_(b)约为大型三轴的1.3~1.4倍;灰岩爆破料大型三轴试验的模量参数k和kb约为超大型三轴的1.2~1.4倍。大型三轴试验的邓肯张E-B模型参数无法反映上游砂砾料与下游灰岩爆破料的变形模量差异,导致沉降计算规律与实际不符,超大型三轴试验的模型参数可以很好地反映由于上游砂砾料变形模量高于下游灰岩爆破料而产生的不均匀沉降,计算结果在分布规律及量值上相比大型三轴试验的参数更接近于实测值。

基于变形控制标准的高土石坝地震可靠度分析

基于可靠度分析的设计方法是科学定量地研究和保证岩土工程安全性的重要手段之一。通过定量考察土石坝工程中的不确定性因素,综合评估地震失效概率,可为高土石坝抗震设计和风险评估提供参考。以坝顶震陷率作为地震安全控制指标,提出了同时考虑地震和筑坝料参数不确定性的高土石坝地震可靠度分析方法。首先,采用地震烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度,通过引入地震烈度概率模型,将基于概率烈度的地震动峰值作为地震强度因子,调整规范谱人工地震波的幅值进行动力有限元计算。然后,采用适用于处理小样本和非线性问题的高斯过程响应面法,建立筑坝料参数与坝顶震陷率之间的非线性映射关系,结合蒙特卡罗法计算高土石坝地震失效概率。最后,以紫坪铺面板堆石坝为例,应用该方法考察了设计基准期内的地震失效概率。

三维层状路面结构动力响应的混合变量法

提出了三维多层路面结构动力响应分析的混合变量法和精细积分方法。通过Fourier-Bessel变换,将频率波数域内的偏微分波动方程解耦为两组二阶常微分方程,一组相应于P-SV波动分量,一组相应于SH波动分量。引入位移的对偶向量,将二阶常微分方程进一步简化为一阶齐次常微分方程,其解为指数函数,采用精细积分法可以获得很高的计算精度。此外,将解表示成混合变量形式,便于多层体系的合并和提高计算效率。该方法适用于任意荷载分布,计算稳定,便于计算机编程。将计算结果与BISAR软件结果及试验结果进行比较,验证了方法的精确性与合理性。在此基础上,分析了轮胎荷载作用下路面结构的变形特点及应力分布情况。研究结果可为公路路面结构设计提供参考。

地下综合管廊结构的易损性分析

地下综合管廊结构在工作过程中可能受到不同强度的地震动作用。研究在不同强度的地震动作用下地下综合管廊结构的易损性问题。根据混凝土材料在单轴受压状态下的应力-应变曲线提出混凝土破坏的4个性能水平。以非线性动力分析为基础,通过多条随机地震动的输入得到管廊结构的地震响应时程数据,以重要节点的位移响应作为管廊结构的性能参数,建立结构性能参数与地震动强度指标之间的关系。根据概率地震需求分析方法对管廊结构进行基于性能参数的易损性分析并绘制管廊结构的地震易损性曲线,对管廊结构的抗震性能进行评估分析。

带有损伤的圆沉箱靠船墩结构的动力有限元分析

水运港口码头结构在使用过程中可能受到损伤破坏,研究损伤对码头结构的动力响应的影响有明确的价值。当前对于码头结构损伤的研究普遍集中于高桩码头的结构形式。针对北方某港圆沉箱重力式靠船墩结构,分析了结构易发生损坏的位置。利用ABAQUS有限元软件,采用混凝土损伤塑性(CDP)模型,用Cohesive单元模拟结构的初始损伤。分析计算了结构损伤的存在对结构自振频率、地震动响应的影响,比较了地震动输入方向对特定位置初始损伤发展的影响。根据数值分析结果,得出了损伤会引起结构动力响应呈规律性改变并且特定地震加载方向对结构损伤扩展影响程度不同的结论。

楼层谱人工时程波的拟合算法及技术

以楼层谱为目标拟合出的人工波,一般被作为核电设备抗震安全评价的重要输入数据。对于那些形状复杂特殊、拟合精度要求较高的楼层谱,通过将频域中的调整傅里叶幅值与时域中的叠加窄带时程方法相结合,提出了一套综合算法。最后,通过实例验证了该算法的有效性。