包裹碎石群桩动应力响应振动台模型试验研究∗

开展了包裹碎石群桩复合地基振动台模型试验,分析了包裹碎石桩轴向动应力及桩土之间水平剪切应力的响应特性。结果表明：地震波作用下,包裹碎石桩轴向动应力沿桩身向下迅速衰减。在地震作用过程中,包裹碎石桩上部承受的水平应力较大。某一地震作用下,取包裹碎石桩桩顶水平应力时程曲线的最大值,发现该值随输入地震加速度波峰值(0.1g~0.4g)的增大先增大,之后随输入加速度波峰值(0.6g、0.9g)的增大而减小,这表明桩顶的剪切强度降低了。     

考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥非线性地震反应分析

运用大型有限元通用软件ANSYS/LS-DYNA及其并行运算功能,进行了考虑土-结构相互作用的大跨度斜拉桥地震反应分析。考虑混凝土、土介质和悬索材料的非线性与考虑材料线弹性的计算结果比较表明,考虑材料非线性情况时,由于进入塑性阶段后的能量耗散,内力比考虑线性情况时小;而进入塑性阶段后,结构刚度变小,运动量要比考虑线性情况时大。     

传播介质特性对爆破振动衰减规律的影响

以《工程岩体分级标准》为依据,量化作为爆破地震波载体的传播介质的特性,并采用离散单元法分析爆破地震波在传播介质中的衰减过程。数值模拟过程中详细阐述了爆破荷载、介质阻尼及相关参数的确定方法,分析了传播介质特性对爆破振动速度衰减规律及萨道夫斯公式中K、α值的影响。研究表明,在爆破荷载作用下,近距范围内爆破振动速度迅速衰减,中远距范围内爆破振动速度衰减趋缓;传播介质为Ⅰ~Ⅲ级岩体时,随着岩体质量降低,K值有增大趋势,对于Ⅳ~Ⅴ级岩体,K值变化没有明确的规律;α值总体上具有随岩体质量降低而增大的趋势,K、α值具有与爆破振动速度近似相同的增减关系。     

宁波皎口地震近场速度特征研究

利用和达法和石川法对宁波皎口地震的资料进行处理,得到了各台站１９９３年和１９９４～１９９５年初两个时间段内的虚波速度和多台平均波速比。并得出如下结论：（１）樟水流动台１９９３年虚波速度值异常高,这主要是因为地震波特殊的传播路径以及传播介质在应力积累时产生大量微裂隙引起;而１９９４年后又呈大幅下降则主要是由于介质裂隙大量充水饱和后引起。（２）与樟水台同处近场的洪山和雪山两个流动台的虚波速度１９９３年虽也处于较高值,但与樟水台相比却明显要低,这是由于介质波速异常的方向性效应引起。（３）近场虚波速度明显高于远场虚波速度,多台波速比在４７级地震前处于中长期低值异常,而地震后回归正常。（４）近场速度特征可作为一项地震预报的追踪指标在皎口地震中应用,但还需进一步完善。     

用台阵微振动方法探测城区地壳浅部介质结构

为获取城区浅部介质结构,利用台阵微振动观测技术对城区不同环境下的2个场地进行了微振动观测试验。研究设计了嵌套三角形观测系统,采用修正空间自相关法和频率波数法提取Rayleigh波频散曲线,选用邻域算法反演台阵下方各层埋深及其纵、横波速度结构,并对反演结果与现场钻孔勘察结果进行了对比分析。结果表明,台阵微振动观测技术是获取地壳浅部介质结构的一种有效方法,其对主要地层界面的深度解释误差约为3%~8%,该误差大小与界面的波阻抗差异有关,波阻抗越大,其解释精度相对越高;该方法可以直接获取台阵下方S波速度结构,且具有较高的精度。微振动方法不需要专门震源,施工经济方便,结果可靠,可作为复杂地震地质环境下获取城区地壳浅部介质结构的有效方法。     

钢筋混凝土框架抗震结构地震能量分布及耗散研究

基于能量平衡原理,对多层钢筋混凝土框架结构的地震输入能量的分布及耗散规律进行了研究。选用8条天然地震波和2条人工波,运用Perform-3D软件,对多层钢筋混凝土框架结构模型在7度罕遇地震作用下的弹塑性能量进行数值仿真计算。计算了钢混框架结构在不同地震波下的地震总输入能量、滞回耗能、阻尼耗能以及滞回耗能占总耗能的比例时程,分析了地震能量在各分量中的分布及分配规律;分析了阻尼比和延性比对地震输入能量的影响,确定了滞回耗能随阻尼比和延性比的变化规律;研究了钢筋混凝土框架结构梁柱构造和竖向侧移刚度变化对地震输入能及其分量的影响,确定了多层钢筋混凝土框架结构滞回耗能沿竖向的分布规律及沿横向在框架构件中的分配,研究了框架结构存在薄弱层情况下的滞回耗能的分布规律。揭示了多自由度钢筋混凝土框架结构地震输入能量及其分布规律,可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在工程实际中的运用提供有益的参考。     

SH波入射时软弱夹层的减震特性及影响因素分析

在弹性介质假定和忽略反射波影响的条件下,从透射波振幅和能量的角度,研究了SH波入射时入射角与波阻比对软弱夹层减震特性的影响。通过非线性弹塑性动力计算,探讨了软弱夹层的埋深与层厚对其减震特性的影响。研究结果表明,随着入射角的增大,透过软弱夹层进入上部普通层的波的振幅和能量先缓慢增大至与入射波相同,然后快速减小至0,整体上小于入射波;存在最不利入射角,它是波速比与密度比的函数,当SH波以此角度入射时,夹层的底面和顶面均不存在反射波,入射波全部透过夹层;软弱夹层与普通层的波阻比越小,透过夹层进入普通层的波的振幅和能量越低,夹层的减震效果越好,但此时夹层自身的震动也越剧烈。随着入射波波长的增加,软弱夹层发挥减震作用所需的临界埋深增大,且埋深在0.2倍普通层剪切波波长左右时,减震效果达到最佳;软弱夹层的减震效果并不随着层厚增加单调变化。     

1998年临猗5.0级地震前Q值的前兆异常

利用西安数字地震遥测台网记录的数字地震资料,采用P波初动半周期残差法求得了1998年7月临猗5.0级地震前后不同路径的Q值变化.发现在地震发生前Q在87(203之间,震后Q在67～164之间,震前震中区附近出现了明显的高Q值异常,表明地震前的高Q值异常可以作为地震预测的一种手段.     

大地介质极化率和二次场衰减特性时序观测与研究

大地介质极化率和二次场衰减特性时序观测是探索介质新的电性参数作为前兆观测项目的研究课题。经两年的观测研究发现,极化率存在年变化形态;主要研究的放电时段应放在１０～１００ｍｓ范围;在观测时段（１９９４ ０３～１９９５ １１）内台站３００ｋｍ范围发生的唯一一次大于５．０级的苍山５．２级地震（△３０４ｋｍ）前,极化率参数异常不明显,而极化率衰减度在该次地震前出现异常,衰减曲线极大值位移、曲线畸变、半衰时亦出现高值。对比地电阻率与极化率衰减度和半衰时的观测数据,在苍山５．２级地震前异常时间同步,呈低电阻率、高衰减度、高半衰时变化。研究结果表明应用介质新电性参数极化率作为前兆观测项目是可行的。     

耐震时程法在高墩刚构桥抗震分析中的应用

耐震时程法是一种新的基于时域的动力弹塑性抗震分析方法,与其他抗震方法相比,耐震时程法在大型复杂结构非线性分析时极具优势。以一座典型高墩刚构桥为例,介绍了耐震时程法的概念、基于桥梁抗震规范反应谱的耐震时程波生成方法及其在桥梁抗震分析中的应用,并且提出了符合高墩桥梁实际的计算Park-Ang损伤指数加权系数的方法。结果表明:耐震时程法预测柔性桥梁结构地震响应是合理的,宏观上表现为传统非线性分析响应的均值;耐震时程法分析时输入结构的能量与中等持时的天然波能量相比偏大,评估桥梁地震损伤时较为保守;耐震时程法用于设计初期桥梁方案比选时,只需1次非线性分析即可高效评估不同桥型抗震性能。     

地震作用下滑坡永久位移预测

在地震区滑坡防治结构的抗震设计中,滑坡体自身的稳定安全性可利用其地震作用下产生的永久位移直接判断,可见对其地震永久变形的预测至关重要。因此,以极限分析上限定理为基础,分别针对平移式和旋转式两种滑坡滑移形式,推导出这两种滑移形式下滑坡体产生永久位移的临界加速度,考虑地震输入能量及结构能量耗散之间的平衡关系并建立预测地震作用下滑坡永久位移的计算方法。最后,通过算例表明其合理性。     

饱和土中排桩对入射S波隔离的三维分析

基于Biot两相饱和多孔介质理论，就饱和土体中排桩对入射S波的隔离效应进行了三维分析。使用坐标转换和Graf加法定理，将某一桩体附近的总波场构造为入射波和所有桩体的散射波之和，通过施加桩土界面处的边界条件，利用不同阶三角函数的线性无关性，得到了问题的解析解。数值算例对排桩后面的饱和土体的竖向位移振幅衰减进行了分析，探讨了入射波频率和桩土弹性模量比等参数对饱和土中排桩隔离效果的影响。与弹性土中的相应结果比较表明：频率较低时，饱和土中排桩的隔离效果和弹性土中较为接近；频率较高时，两者之间的差别有所增大。     

基于波动理论的压电智能混凝土单轴破坏实验研究

通过在混凝土标准试块内埋置压电驱动器和传感器,以波动理论为基础,通过混凝土内发射和接收应力波,构筑压电智能混凝土的主动健康监测系统,并进行了压电智能混凝土标准试件单轴破坏实验,得到剪切波速、相对能量衰减和频域特性随破坏程度的变化。实验结果表明,在一定范围的频率下,剪切波速在临近极限荷载的区域,衰减速率有所增加;而相对能量衰减,在"局部裂纹萌生"阶段,衰减速率便增加。因此,相对能量衰减在混凝土破坏的初期阶段,更具有敏感性。     

基于Ap/Vp的双薄壁高墩刚构桥抗震性能研究

为了研究地震频谱特性对柔性桥梁抗震性能的影响,以正弦波为例推导了地震动能量与A_p/V_p的关系,基于能力需求比提出了桥梁抗震性能评估方法及计算公式。以某典型高墩连续刚构桥为工程背景,采用地震动参数A_p=0.4g的22条正弦波和7条实际地震记录,对比研究了桥梁纵、横向抗震性能随A_p/V_p的变化规律。结果表明:在地震动参数A_p相同的情况下,桥梁关键截面抗震能力需求比在纵、横桥向均随A_p/V_p的增大而呈现增长的规律,最大增幅超过12.92倍(正弦波)和2.31倍(实际波);按正弦波得到能力需求比普遍大于实际波,且随A_p/V_p增大而增大的规律更明显。研究发现将地震动参数A_p作为单一的抗震设计指标会导致桥梁抗震性能离散性很大,A_p/V_p可作为柔性桥梁抗震设计的补充指标。     

Q值的简易测定与地震前兆分析

依据尾波衰减特征，采用测量尾波包络体最大双振幅方法，分别用单次散射和多次散射模式处理了苏、皖、鲁、冀四省４２个ＤＤ－１台站，５１个地震的尾波资料，求出与散射有关的地球介质Ｑ因子，并对Ｑ值随尾波推移时间窗、震中距的变化进行归一法处理，公式如文中式（１１）、（１２），用归一法求得的多次散射模式Ｑ０２值分布图象表明，高Ｑ值与中强地震的活动背景有关，这种简易测定地球介质Ｑ值的方法在地震前兆分析中有着良好的应用前景     

利用数字地震波资料研究新疆天山中东段地区的介质衰减特征

利用新疆数字地震台网记录的155条地震波形资料,根据S波记录得到观测振幅谱,采用遗传算法联合反演的方法研究了新疆天山中东段地区(乌鲁木齐—乌苏—库尔勒地区)的几何衰减模型、介质非弹性衰减模型。结果表明:在500 km震源距范围内,研究区地震波的几何衰减满足三段衰减模型;研究区非弹性衰减Q值随频率f的关系为:Q(f)=344f~(0.55)。本研究为今后在该研究区利用数字地震观测资料开展震源谱的恢复和强地面运动的模拟等地震学、工程地震学研究奠定了基础。     

电力电缆XLPE绝缘上的声波衰减实验研究

为了探究声波在交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘上的衰减特性,制备了220 kV电力电缆横向XLPE绝缘环状切片,搭建了声波衰减研究实验系统,进行了正弦声波衰减实验和声脉冲信号衰减实验,研究了正弦声波信号和声脉冲信号在XLPE绝缘中的衰减与频率的关系。在进行频率分析时,还提出了抵消锆钛酸铅后电陶瓷传感器(PZT)多点测量时PZT和绝缘切片之间难以计算的耦合误差的数学方法。研究结果表明,当声源是正弦信号时,频率在155~350 kHz之间的声波幅值衰减速度依次大于频率在355~500 kHz之间和1~150 kHz之间的声波幅值衰减速度,而1~150 kHz之间的声波幅值几乎不衰减。频率在155~350 kHz之间和355~500 kHz之间的声波幅值在检测位置为45°~90°之间衰减速度最快,90°~315°之间趋于平缓。当声源是声脉冲信号时,声波幅值的衰减也呈现出了高频快速衰减的规律,同时随着传播距离的增加,频谱的主频主要分布在1~50 kHz。     

基于煤岩流变特性的狭窄煤柱冲击地压孕育过程研究北大核心CSCD

工程实践表明,冲击地压发生有一个孕育过程,即具有时间上的滞后性。借鉴基于流变模型的地震孕育过程研究成果,将Burgers-Senvitorve-Bengarm模型应用于狭窄煤柱流变特性研究,结合义马矿区耿村煤矿开采实际情况,重点研究狭窄煤柱冲击地压的孕育过程。结果表明:狭窄煤柱冲击地压孕育过程的前期阶段,弹性变形能的累积大于煤体损伤造成的能量耗散,以弹性变形能的累积为主;狭窄煤柱冲击地压孕育过程的后期阶段,弹性变形能的累积小于煤体损伤造成的能量耗散,以能量耗散为主。软岩孕冲过程中能量的累积和耗散能力较弱,孕冲时间较长,冲击地压发生时释放的能量较小;硬岩孕冲过程中能量的累积和耗散能力较强,孕冲时间较短,冲击地压发生时释放的能量较大。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

基于煤岩流变特性的狭窄煤柱冲击地压孕育过程研究

工程实践表明,冲击地压发生有一个孕育过程,即具有时间上的滞后性。借鉴基于流变模型的地震孕育过程研究成果,将Burgers-Senvitorve-Bengarm模型应用于狭窄煤柱流变特性研究,结合义马矿区耿村煤矿开采实际情况,重点研究狭窄煤柱冲击地压的孕育过程。结果表明:狭窄煤柱冲击地压孕育过程的前期阶段,弹性变形能的累积大于煤体损伤造成的能量耗散,以弹性变形能的累积为主;狭窄煤柱冲击地压孕育过程的后期阶段,弹性变形能的累积小于煤体损伤造成的能量耗散,以能量耗散为主。软岩孕冲过程中能量的累积和耗散能力较弱,孕冲时间较长,冲击地压发生时释放的能量较小;硬岩孕冲过程中能量的累积和耗散能力较强,孕冲时间较短,冲击地压发生时释放的能量较大。