云南生命线工程及水工结构的地震灾害损失研究

云南地震灾害频发,生命线工程和水工结构破坏严重.本文对1993～2003年云南地区生命线工程和水工结构(常称"水利设施")的震害损失进行了研究.结果表明:①随着社会经济的发展,同等地震能量所造成的经济损失呈增大趋势;②生命线工程及水工结构的地震灾害损失随震级的增大而显著增大;③生命线工程和水利设施占总损失比例的算术平均值之和没有表现出明显的变化特征,较为接近,占11.4%～16.2%.     

滑坡灾害下航油管道抗滑桩的阻滑性能分析∗

针对于土体等大位移问题所带来的模拟求解难题,分析滑坡灾害对横坡敷设的航油管道运行所带来的影响。利用SPH‐FEM耦合算法,采用不同的接触形式,建立管‐土及桩‐土相互作用全尺寸耦合模型,进行非线性分析,获取管‐土力学响应规律,并对抗滑桩阻滑性能加以分析,保证滑坡区管道本体的安全。结果表明,在文中工况下,当滑坡趋于稳定时,在滑土推力作用下,管道所产生的位移、应力最大值均出现在滑体区域内;但由于桩‐土间“土拱效应”,致其桩后滑土更易趋于稳定,同时管道也并未发生沿管轴扭转的现象;随抗滑桩数量的增多,其阻滑性能增强,但对于文中工况,设置2个抗滑桩且混凝土强度为C30的抗滑方案即可保证管道的安全运行。所得结论可为保证航油管道的安全运行提供理论支撑,并为滑坡下管道力学行为和抗滑桩阻滑性能研究提供一种可行的模拟方法。     

流体参数对埋地管道破坏的影响分析

在考虑流固耦合和断层活动作用的情况下,应用ADINA中流固耦合分析求解器ADINA-FSI,建立了埋地管道破坏分析的有限元模型,介绍了固体模型和流体模型的建模过程以及流固耦合计算过程、断层位移荷载加载和约束的实现以及模型参数选择等。依据计算结果,分析了管内介质及流速等参数对管道破坏的影响。管道内输送的介质密度和流速越大,管道越易破坏,故在埋地管道设计中应充分考虑管内介质的密度与流速。针对计算结果,提出了几点认识和建议。     

黏性泥石流对山区油气管道的冲击动力响应研究∗

近年来,随着人类活动引起的地质灾害和极端天气现象频发,因泥石流引发的管道失效事故及次生灾害不断发生。为掌握黏性泥石流冲击山区油气管道的动力响应规律,建立了基于有限单元法与光滑粒子流体动力学(FEM‐SPH)的山区泥石流与管道的多物理场耦合模型。通过把黏性泥石流浆体简化为非牛顿流体——宾汉流体,研究X70钢管在泥石流作用下冲击响应过程,得到了管道不同位置的位移及应力时程特征,结果表明:①将泥石流浆体简化为宾汉流体,并离散为SPH颗粒不仅可真实展示泥石流的行进过程,也能清晰地反映泥石流对管道的动力响应规律。②通过建立多物理场耦合模型来模拟黏性泥石流冲击过程,发现泥浆附带的块石将会受到浆体阻力影响,运动加速度将受到限制。③泥石流对管道产生的破坏力主要来自泥石流“龙头”产生的瞬时冲击力和块石造成的局部撞击力;在泥浆作用下,所产生的应力主要分布于管道迎冲面中心截面处和管道背冲面与山体交界处,石块作用力主要集中在撞击部位,对管道背撞面影响较小;泥石流对管道产生的冲击位移整体呈现“马鞍状”的对称分布。研究所采用的非牛顿流体模型为泥石流对建(构)筑物的冲击模拟提供了新途径,相关研究结论可为泥石流段管道的灾害防控提供理论参考。     

软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能分析

两侧采用粘弹性人工边界,底部为全约束,建立合理的土与地下结构相互作用模型,通过有限元软件分析,比较研究土—地下结构相互作用分析中埋深、土层分布和结构类型等因素对地下结构抗震性能的影响。结果表明,埋深对地下结构影响比较大,选择合适的地质土层和结构类型能大大提高结构抗震性能。     

含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性研究∗

为了研究含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性,基于管土接触模型,运用ADINA软件,采用非线性分析,研究埋深、厚度和倾角等因素对含软弱夹层场地中埋地管道地震反应的影响规律。结果表明：软弱夹层各因素对埋地管道地震动力响应产生影响不同,一定厚度和埋深条件下,软弱夹层具有隔震作用,当软弱夹层的存在增大其场地不均匀程度,则会对埋地管道地震动响应具有非常不利的影响;管道有效应力和位移随着软弱夹层厚度的增大而减小,当厚度达到一定值时,软弱夹层起到一定的缓冲作用;管道有效应力和位移随着软弱夹层埋深的增大而减小,但影响程度小于夹层厚度所产生的;软弱夹层因倾角变大增大了场地不均匀程度,导致管道有效应力和位移变大。     

结构面分布特征对隧道围岩变形影响的数值模拟分析

结构面对隧道围岩变形及稳定性起着决定性作用。运用三维离散元方法(3DEC)研究结构面分布特征,重点是结构面线密度1/λ、强度和倾角对隧道围岩变形的影响,总结了结构面分布与围岩变形特征的关系。结果表明,在结构面强度较低的情况下,结构面线密度对隧道变形的影响较大,其影响可分为两种情况:①λ≤0.2时,围岩的弯曲变形大于沿结构面的剪切变形,属于应力型大变形;②0.2<λ≤0.4时,沿结构面的剪切变形大于围岩的弯曲变形,属于结构型大变形。结构面倾角主要影响围岩大变形发生的位置。将数值模拟结果与国内工程实例实测变形资料相对比,发现一致性较好。本研究结果对隧道支护结构的设计以及施工设计具有借鉴意义与指导作用。     

黄河积石峡水电站压力管道非线性有限元分析

采用非线性有限元与解析法相结合,对积石峡水电站压力钢衬钢筋混凝土压力管道进行了钢衬厚度和钢筋配置设计,并分析了产生裂缝的地方。计算结果表明结构设计合理、安全,满足工程要求,为类似工程可提供设计借鉴。     

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析∗

一次强震过后通常伴随有多次余震发生,多次地震作用下结构的震害往往比单独主震作用时更为严重。为探索主余震序列作用下砌体结构的累积损伤,对已开展的砌体结构振动台试验模型进行数值模拟,通过与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,采用真实的主余震地震动对原型结构进行弹塑性动力时程分析,以最大层间位移角、结构损伤耗能作为损伤指标,对比分析了主余震序列对结构累积损伤的影响。结果表明：结构损伤耗能对主余震序列作用下的累积损伤更敏感;结构损伤耗能受主震和余震强度的影响,其结构损伤耗能比与主震强度大致呈二次关系,与余震强度大致呈线性关系。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

基于试验模态分析的原油储罐损伤识别研究

基于试验模态分析的基本原理,对立式拱顶钢制原油储罐模型进行应变模态试验,考察了模态参数对原油储罐模型损伤程度和损伤位置的识别能力。试验分析表明,罐体结构在损伤位置相同的情况下,损伤程度越大,频率的衰减增大,但相对变化率的变化规律不甚明显;位移振型不能给出损伤的位置信息,振型差曲线可以识别出罐体损伤位置;随着模型内充水高度上升,结构频率呈下降趋势,反映了附加质量和附加阻尼的作用;罐内液体存在对损伤位置识别影响不大。     

一种基于BP网络和粒子群算法的拱坝可靠度分析方法

为了进行极限状态方程不明确的大型结构可靠度分析,提出了结合神经网络和粒子群优化计算拱坝可靠度的算法。确定性力学分析采用ANSYS软件,利用BP神经网络来模拟高度非线性映射关系的功能函数,基于罚函数和粒子群优化法进行可靠指标计算。综合C语言、ANSYS的APDL二次开发以及MATLAB混合编程技术,编制了该算法的可靠度分析程序。算例表明,该方法适应于隐式功能函数的复杂结构可靠度分析。     

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。     

穿越逆冲断层的埋地管道非线性反应分析

穿越逆冲断层的埋地管道在地震作用下,容易发生局部屈曲或整体失稳等形式的破坏,研究逆冲断层作用下的埋地管道地震反应规律,对管道抗震设计及施工等具有重要的意义。本文将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中取出,分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触力学方法模拟管、土之间的滑移、分离及闭合现象;采用线性位移加载模拟断层的错动,考虑了系统初始应力状态的影响,对土体未开裂前的管土相互作用系统进行了拟静力数值分析;分析了位错量、土体刚度、埋设深度、径厚比及跨越角度对埋地管道反应的影响,得出了一些有益的结论。     

地下管网地震反应分析模型

建立了多点地震动激励作用下的地下管网地震反应拟静力分析模型.首先建立基于有限单元模型的地下管网系统刚度方程,接着给出考虑地震动空间相关性及场地条件等诸多因素的地震动场模拟思路及管网系统地震动施加策略,最后通过解析法验证了模型的正确性.采用本文方法对一“十”字形管网进行了地震反应分析,结果表明:①管线轴向应力沿着管线长度...     

热电厂雷电灾害案例分析与防护对策

雷电灾害是造成电力供应中断的主要自然灾害之一。通过对某热电厂的一次雷击事故的具体分析,认为一般热电厂的高大烟囱、冷却塔、露天的大型变电设备、金属油罐及管道等构筑物较易遭受直接雷击,而与热电厂连接的多条架空电力电缆更容易将广袤的大地上发生的雷击形成的线路雷击过电压引入厂区电力设施。发电厂担负着为社会提供电力供应的重要任务,因此,应加强对热电厂系统的雷电灾害研究,提出高效合理的防护对策,减少雷击造成的损失,保证电力供应安全。     

横向滑坡作用下管道裂纹力学影响因素分析∗

地质灾害和管体缺陷是油气管道安全运行的两大风险,山体滑坡是长输油气管道常见的一种地质灾害,裂纹是管道运行中难以发现却时有发生的管体缺陷之一。当穿越滑坡区的管道遭遇管体裂纹时,多重载荷的作用可能导致管体裂纹加剧甚至断裂失效。基于极限分析设计准则,研究了相关因素对滑坡区管道轴向裂纹的影响,采用有限元法,分析了滑坡宽度、滑坡位移、裂纹位置、裂纹深度比、裂纹形状比以及管道内压对裂纹J积分的影响。结果表明:滑坡宽度越大,J积分越小,滑坡位移越大,J积分越大;裂纹处于12点位置时,其J积分值最大,即轴向裂纹垂直于滑坡面时最危险;裂纹深度比和管道内压的增加均会导致J积分最大值呈指数增加,而裂纹形状比的增加会导致J积分最大值呈线性减小,J积分均在裂纹最深处取得最大值;较大的裂纹深度比会导致裂纹沿深度方向的扩展速度远大于沿长度方向,而较大的裂纹形状比会导致裂纹沿长度方向的扩展速度高于沿深度方向。     

埋地管线腐蚀模型及地震随机反应分析

埋地管线在使用过程中会出现不同程度的腐蚀现象。由于管线腐蚀受到周围土壤性质、输送介质等不确定因素的影响,其腐蚀状态会呈现随机性的特点。本文利用带吸收壁的齐次马尔可夫链理论,提出了管线腐蚀发生的离散状态模型,并根据管线腐蚀线性发展模型,推导给出了管线截面面积随时间变化的概率模型。在此基础上,利用弹性地基梁原理建立了管线地震反应的表达式,并利用M on te-C arlo随机模拟方法进行了模拟分析。实例分析表明,本文建立的腐蚀模型可以较好地模拟埋地管线的腐蚀现象,并能获得在地震激励下腐蚀管线的随机反应。     

外表面轴向裂纹管道失效评估误差对比分析∗

为了探究不同裂纹管道失效模型的预测误差的不确定性,基于 89 组实验数据,计算不同规范的预测精度,并采用距离相关系数和 Kruskal?Wallis 检验等统计手段,对裂纹管道的 7 种失效内压预测模型的预测性能差异进行评估,并对其适用范围提出合理建议。结果表明：所搜集模型的预测精度 p0/pC与管道极限内压实验值 pC相关关系较弱,可被忽略;根据规范间差异是否显著,可将其分为 4 组：①模型 CorLASTM;②规范 R6?1、API、Battelle 和 R6?2;③ 规范 R6?3 和 SINTAP;④规范 GB 和 BS7910,从第一到第四组规范,预测结果危险性逐渐降低,保守性逐渐升高;优先使用第二第三组规范进行预测,其优先级顺序：第二组为 R6?1,API,R6?2 和 Battelle;第三组为 R6?1 和 SINTAP; 模型 CorLASTM可作为裂纹管道极限内压的预估计;规范 BS7910 和 GB 应适用于要求较高的项目