基于Matasovic骨架曲线的有效应力方法在ABAQUS软件中的实现

将描述土体液化特性的Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型与修正Matasovic黏弹性本构模型相结合,以外挂子程序的形式,嵌入到ABAQUS软件中,实现了可液化地基孔压增长过程的数值模拟。以简单应力状态下的可液化地基为例,初步验证了该子程序的动力有效应力分析能力;对某液化场地进行了二维非线性的总应力法和有效应力法对比分析,给出了地表加速度和地表加速度反应谱的对比结果,同时给出了代表性单元的剪应变时程曲线。结果表明,该子程序能够较好地模拟液化场地的振动孔压发展过程,预测场地的地震液化趋势。     

液化土体侧向扩展条件下群桩动力响应振动台模型试验

为研究液化土体侧向扩展对群桩基础动力响应的影响,设计了可液化场地流动变形对桩基础地震反应影响的小型振动台模型试验。采用"钢带法"估计不同位置、不同类型场地地基土的侧向位移,探讨了地基土侧向流动速率与桩基结构地震内力的相关性,对比分析了上部结构惯性力及场地类型对桩身内力反应的影响,研究了由倾斜场地土体侧向扩展导致的群桩偏移运动。试验结果表明,桩周及下游土体的侧向位移随着土层深度的减小而逐步增大。可液化土体发生液化时所产生的流滑效应促使土体孔压加速消散。在水平场地条件下,土体侧向扩展沿土层深度方向线性分布;而倾斜场地条件下,土体的侧向扩展沿土层深度呈"抛物线型"分布。随着地基土液化,群桩基础受到的土体侧向约束力逐渐降低,进而使得群桩的峰值位移逐渐减小。     

排水刚性桩处置可液化倾斜场地的振动台试验研究∗

排水刚性桩将竖向排水体和刚性桩相结合,是一种有效的地基抗液化处理措施。但目前对排水刚性桩在可液化倾斜场地中抗液化侧向变形的性能研究还比较缺乏,制约了其推广与应用。通过振动台试验,开展了可液化倾斜场地中排水刚性桩和普通刚性桩的对比研究,从土体内部动孔压响应、液化土体的流动性质、桩顶水平位移等角度研究了排水刚性桩对可液化倾斜场地的处理效果,并考虑了群桩布置形式的影响。结果表明,排水刚性桩是一种有效的加固可液化倾斜场地的处理措施,可以较好的限制液化土体侧向变形;相同群桩布置形式下,排水刚性桩限制土体流动变形效果优于普通刚性桩,且这种限制效果在坡顶位置更为明显;对于普通刚性桩,群桩梅花形布置形式相对于正方形布置形式能更好的阻止液化土体的流动变形,而对于排水刚性桩,群桩布置形式影响较小。     

变频规则波输入下直斜群桩动力响应对比试验研究

通过对2×2直斜群桩结构进行振动台模型相似比设计,围绕不同频率正弦波输入下的非液化砂土与饱和砂土中群桩-承台-上部结构体系开展横向动力响应特性试验研究。结果表明:①在输入相同频率正弦波情况下,无论是直桩群还是斜桩群,其位于饱和砂土中的动力响应放大倍数均大于相应非液化砂土工况下的放大系数,且直群桩的横向动力响应比斜群桩动力响应更显著;②随着输入波频率的增加,各试验工况的承台结构动力反应系数均有所增长,直桩群和斜桩群在饱和砂土工况中的加速度和位移的放大倍数增长较非液化砂土工况明显,直群桩比斜群桩增长显著。     

地下管线的有效应力地震反应分析

地下管线的地震反应与管线周围土体的动力特性以及管土之间的相互作用密切相关。在地震作用下,孔隙水压力的发展会导致土体有效应力的降低,并且影响土体的动力特性。根据有效应力方法以及土体的非线性动力本构模型,可以研究孔隙水压力的增长与消散、有效应力的降低以及土动力特性的变化。在地下管线与周围土体之间引入接触单元,来模拟管土之间的接触传递问题;通过有限单元法,对地下管线的地震反应进行了全过程地震反应分析的数值模拟。计算结果表明:在地震作用下,孔隙水压力的增长造成了土体的软化,使得土体的动力特性发生变化,因此管线的地震响应也发生了相应的变化。     

场地土-群桩基础-结构体系动力响应研究——大型振动台系列试验方案设计

以饱和砂土液化后场地失效模式特征与场地失效时群桩基础地震反应破坏机理为研究目的,依托中国建筑科学研究院大型模拟地震振动台系统,开展可液化场地、非液化场地在水平地震动激励下桩-土-结构动力相互作用动力体系大型振动台系列试验。基于本次系列试验研究对象以及试验目的,阐述了系列试验中动力模型体系相似比设计的基本原则、地基的制备、模型结构制作、各个种类传感器的选择与布设、输入地震记录的选取与工况安排等内容,介绍了阵列式位移计、非接触式位移动态采集系统等新型传感测试设备,并对所采用的层状单向剪切模型土箱设计合理性与科学性进行了验证。由之后的试验结果可知,本次系列试验设计方案是合理、可靠的,层状剪切模型箱的"模型箱效应"很小。     

抗震液化的总应力合成分析方法

基于总应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对某大坝在地震荷载作用下的动力响应进行模拟分析。编制了分析大坝液化的数值模型的分析模块并与FLAC接口。分别考虑了水平、竖向地震荷载以及两个方向的耦合和不同水位深度对大坝动力特性的影响,得到了大坝在地震荷载作用下液化区域和位移矢量的分布态势。     

地基液化导致沉箱码头破坏及地基加固方法的非线性数值分析

地震作用引发的地基液化,往往导致沉箱基础的破坏。本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用FE-FD耦合数值分析方法,对液化海床沉箱基础的地震反应进行非线性有效应力分析。在数值分析过程中,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的us-pw动力固结方程和循环弹塑性本构模型,该方法能够很好地模拟地震作用下沉箱码头的动力特性及液化破坏的影响。通过数值模拟计算,分析了采用碎石桩进行置换砂区域的防液化加固方法,并就碎石桩处理区域的选择提出了建议。     

沉井加桩复合基础水平动力响应特性

沉井加桩复合基础是一种结合沉井及群桩各自优点形成的新型跨江海桥梁深水基础型式。在复杂的江海环境下,基础将承受强风、波浪及地震等引起的水平动荷载作用,其水平动力特性研究是复合基础合理设计施工和推广应用的重要保证。基于动力Winkler模型分别提出了沉井加桩基础的频域非线性及时域非线性计算方法,并同有限元对比验证了简化方法的正确性。通过算例进一步分析了冲刷对沉井加桩基础动力特性的影响规律,结果表明,土体应力历史及土体非线性对复合基础动力阻抗、共振幅值及频率均有显著影响。     

基于可液化场地地震反应数值模拟的影响因素分析

饱和砂土地基在强震作用下会产生液化,导致其强度降低,并产生沉降、侧移和喷砂冒水等现象。基于YANG Zhao-hui提出的砂土液化本构模型,采用OpenSees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,阐述了液化机理以及对地基的作用;通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响。结果表明,饱和松砂场地更易产生液化;大震下场地更易产生液化;长持时的地震动更易造成液化;高频和低频的地震动均不易造成液化,而存在一个最易造成液化的中间频率值。     

考虑偏应力比影响的主应力轴旋转下重塑黄土变形研究

采用浙江大学空心圆柱扭剪仪对重塑黄土试样进行了3种复杂应力路径下的试验,研究了主应力轴旋转条件下偏应力比η对重塑黄土变形特性的影响。试验结果表明,不同偏应力比下重塑黄土的强度差异较大,η=0.133时归一化强度最小,而η=0.433时强度最大,偏应力比η从0.133到0.5时归一化强度呈现增大—减小—增大—减小的规律。主应力轴旋转对重塑黄土的各应变增量均有影响,并且对中间主应变增量的影响最大,其中大主应变和小主应变在ε-q平面内对称开展,且总体表现出Δεz0,Δεθ0的趋势,中间主应变整体呈现Δεr0的发展趋势,当应力主轴旋转目标角度α45°时,中间主应变呈现出不同的开展形式,重塑黄土在应力主轴旋转下向异性较为显著。     

应用强震应力降和视应力进行震后趋势快速判定的可能性

收集整理了中国大陆107次M≥5.0地震的震型、发震断层性质等资料,分不同发震断层性质和不同震型两种情况,比较了不同地震视应力的大小关系。结果显示,地震视应力的高低和发震断层性质有关,也和地震类型有关。走滑型地震的视应力高于非走滑型地震的视应力,走滑断层中孤立型地震视应力低于多震型地震视应力。非走滑型地震情况则复杂得多,既有视应力很高的孤立型地震,也有视应力很低的多震型地震。为了进一步探索利用强震本身的信息快速判定震型的方法,还通过视应力计算了18例强震的静态应力降与动态应力降之比值Y,得到当Y>0.2时,强震可能为孤立型或近孤立型的主震—余震型地震,当Y<0.2时,强震可能为多震型或强余震丰富的主震—余震型地震的认识。     

剪应力压电智能骨料标定方法研究∗

剪切破坏是混凝土结构主要的破坏形式之一,震害较为严重,且难以通过构造措施完全避免。混凝土结构缺少直接、可靠的剪应力监测方法。基于剪应力压电陶瓷的压电智能骨料标定方法尚不成熟。为此,提出了利用混凝土深梁的压电智能骨料标定剪应力场设计方法。将混凝土三点加载深梁加载点与支座连线中点处的剪应力场作为标定区域。首先,建立了二维有限元模型,分析了深梁截面高度和监测区域尺寸对剪应力场均匀性的影响,确定了深梁试件尺寸及监测区域尺寸;其次,研究了梁底配筋与开裂荷载、剪应力幅值及混凝土最大压应变之间的关系,提出了梁底不开裂条件下监测区域达到较高剪应力水平的深梁试件合理配筋方案;最后,在设计的深梁上进行了标定试验,共布置了 16 个剪应力压电智能骨料,通过应变花获取监测区域平均剪应变,确定了剪应力压电智能骨料灵敏度的概率统计参数,验证了用于标定的剪应力场设计方法的可靠性。研究表明,设计的剪应力场应力均匀、 应力水平较高、不受混凝土开裂的影响,标定试验结果可靠,灵敏度系数可直接应用。     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布.研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应...     

不同应力路径下灰岩卸荷损伤特性演化规律研究∗

为探究应力路径对灰岩卸荷力学特性的影响机制,考虑恒偏压卸围压、恒轴压卸围压及加轴压卸围压三种卸荷应力路径,分别进行了卸荷试验和数值模拟,分析了不同卸荷应力路径下灰岩的能量释放规律及细观损伤演化规律。研究结果表明：（1）卸荷应力路径对灰岩宏观力学特性影响显著,恒偏压卸围压路径下,岩样卸荷强度最低, 变形模量与泊松比变化趋势最缓,但变化幅度最大,而加轴压卸围压路径下,其卸荷强度最大,但变形参数变化幅度较小;（2）三种卸荷应力路径下,卸荷过程中耗散能占比大小依次为恒偏压卸围压＞恒轴压卸围压＞加轴压卸围压,弹性应变能占比大小则为加轴压卸围压＞恒轴压卸围压＞恒偏压卸围压,说明外力所做的功在恒偏压卸围压方案下多转化为耗散能用于裂纹发育,对应破坏时的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下多转化为弹性应变能储存于岩样内部,卸荷破坏更为突然;（3）数值模拟结果分析发现,恒偏压卸围压方案下,卸荷过程中的裂纹总数量和张拉裂纹占比最大,卸荷损伤程度最高,对应的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下岩样的裂纹数量最少,损伤变量最小,卸荷过程中岩样内部的细观损伤发育规律进一步说明了应力路径对其宏观力学特性的影响。     

宽级配砾质土应力路径试验研究

对某土石坝工程的宽级配砾质土进行了三轴等应力比应力路径试验,试验分别模拟了土石坝施工填筑期及蓄水期可能的应力路径,研究了宽级配砾质土在复杂应力状态下的应力应变特性。研究表明,砾质土心墙料在等主应力比和等主应力增量比应力路径作用下,应力应变表现出较好的线性关系;在竣工期,其平均主应力p(或剪应力q)与体应变ε_v及剪应变ε_s的曲线关系都为幂函数形式,ε_v—ε_1、ε_3—ε_1关系均可用线性函数来表示,而在蓄水期,各应力与应变之间的曲线关系则基本上都可以用线性关系来表示。本文研究明确了复杂应力路径下宽级配砾质土的应力应变关系,为建立宽级配砾质土的应力应变本构模型提供了一个重要线索。     

压电智能骨料动态拉应力标定试验研究∗

为了监测混凝土内部受拉开裂损伤,提出了混凝土内部拉应力监测压电智能骨料,并对其进行了动态拉应力标定试验研究。首先,制备4个压电智能骨料受拉试件,建立拉应力监测系统;其次,对压电智能骨料施加往复拉应力,标定得到其灵敏度系数;然后,对压电智能骨料试件施加单调荷载直至其受拉破坏,得到其抗拉强度及输出的电压信号,对比了破坏过程的实际与监测荷载。结果表明,往复荷载作用下,SA输出与输入荷载呈良好的线性关系,SA的灵敏度系数一致性较好;单调荷载作用下,各SA抗拉强度均高于混凝土抗拉强度。综上,压电智能骨料有潜力应用于混凝土内部的拉应力监测。     

不同应力路径下岩石破坏面细观形貌研究

以大理岩为研究对象,进行三轴卸荷试验及破裂面粗糙度扫描试验,并借助PFC~(3D)颗粒流软件对试样最终破裂面进行提取与重建,研究了粗糙度参数的变化与试样破坏过程及机理之间的关联,得到的主要结论有:加荷路径下S_a随着围压的增加呈递减趋势且两者呈线性关系,高围压条件下岩样破坏面高度分布的对称性好于低围压条件下;卸荷路径下S_a与S_(ku)可以较好的描述破坏面形貌的分布特性,S_(sk)随卸荷速率的增加变化规律不明显,破裂面的粗糙程度受卸荷速率与卸荷初始围压的共同影响;卸荷试验中试样内部的损伤不再是一个逐步累积的过程,而是瞬时劣化失去承载能力。     

下穿式箱涵顶进施工过程土体受力规律研究

为了研究下穿式箱涵顶进过程中土体应力变化规律,以新长铁路丁溪河中桥的疏浚拓宽工程为背景,实时监测了箱涵顶进开始到就位过程中桥台处土体的应力变化。基于ABAQUS建立了箱涵与土的三维有限元模型,定义了箱涵底板、侧墙与土之间的法向接触对和切向接触对,从而将实际箱涵顶进施工的过程等效为给定箱涵初始位移的接触分析问题。根据实际施工中土层切土高度的变化情况,模拟了切土高度分别为4.51 m和6.51 m的两种箱涵顶进工况。计算结果表明,数值模拟得到的侧向土压力整体要大于实测土体的压应力,这主要是由于数值模拟中采用的是接触压应力,而顶进过程中可能出现箱涵侧墙与土体分离而导致的空顶。切土高度为6.51 m时数值模拟得到的箱涵摩阻力与箱涵的实际顶力非常接近,实现了二者的近似平衡,而切土高度为4.51 m时计算的摩阻力要小于实际顶力。