伶仃洋海域土剪切波速预测方法研究∗

海床土体剪切波速（V_s ）是确定海床场地设计地震动参数及土?海洋工程结构体系动力分析所必须的一个基本的土动力参数。结合某伶仃洋跨海通道海床钻孔实测 V_s剖面,基于目前现有的研究成果,分别采用线性模型、二次多项式模型、幂函数模型和对数函数模型对比分析了陆域土 V_s与深度 H 的经验关系式对该海域土 V_s的适用性, 得出结论如下：V_s?H 关系的二次多项式模型适用于该海域砂类土（粗砂、细砂、粉砂）V_s的预测,V_s均随 H 的增大而增大;现存的陆域土 V_s?H 关系不适用于该海域黏性土（粉质黏土夹砂、粉质黏土）V_s的预测。引入土的密度 ρ 作为另一变量,建立了基于双变量 H 和 ρ 的海域黏性土 V_s的预测模型。此外,该海域淤泥和淤泥质土由于埋深较浅、土质柔软,其 V_s与 H 无明显的相关性。该成果可为伶仃洋海域工程建设中海床土体 V_s的确定提供科学的预测依据。     

岩溶区路基承载力有限元极限分析∗

为计算岩溶区路基极限承载力,根据上、下限定理,结合有限元方法,基于MATLAB平台编制了相关计算程序。采用修正的Hoek?Brown准则来描述岩体的非线性特点,并将其嵌入到计算程序中。在此基础上,用无量纲参数N_σ、η衡量单个溶洞对路基承载力的影响,并详细分析了各参数的影响。结果表明：N_σ随着D/L（厚跨比）、GSI（地质强度指标）的增大而非线性增大,随H/L（高跨比）的增大而减小,与m_i大致成线性关系;当D/L较小时,η随α（旋转角度）的增大先增大后减小;当D/L较大时,α对η的影响不大;岩石的物理力学参数GSI、m_i、γ对η的影响可忽略不计。极限破坏模式可分为顶板冲切破坏、顶板冲切和侧壁联合破坏、顶板冒落和侧壁联合破坏。将条形基础作用在岩层的承载力的结果与已有成果进行对比,误差在3%以内,验证了本文所提方法的正确性。同时,为便于实际工程设计,提供了具体的设计表格,基本能满足大部分工程需求。     

海上风电平台地基土工程力学特性试验研究∗

我国东部沿海地区沉积环境复杂多变,海上风电平台地基土性质软弱、复杂,与陆域土相比有较大差异。为系统研究海洋地基土工程力学特性,对江苏海域代表性扰动原状海洋土开展实验室基础土工试验、弯曲元试验及不排水三轴剪切试验,测定海域粉土及粉质黏土的物理力学性质,系统分析基本物理指标与扰动海洋原状土不排水剪切强度及剪切波速的相关性。试验发现：海洋粉土和粉质黏土的剪切波速 V_s均随深度 H 的增大呈线性增大, 但粉土 V_s随 H 增大的增长速率明显大于粉质黏土;粉质黏土及粉土的呈现两种不同的应力-应变发展模式：应变硬化型和应变软化型,粉质黏土和粉土的不排水剪切强度 S_d整体随 H 均增加呈增加趋势,但是没有表现出明显的单一相关性。孔隙比 e 的增大会促使两种土的 S_d的降低,且 S_d与 e 两者均有单一相关性;基于扰动原状土室内单元试验建立的 S_d与 V_s的关系,建立基于现场剪切波速的当前地层条件下未扰动原状土的不排水强度特性评价方法, 但对于低含水率的粉质黏土,该方法略有保守。     

高陡山区深部硐室地应力测量方法与结果分析——以大红山铁矿硐室为例

地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数,其测量方法有很多种。本文详细介绍了适用于深部地下硐室的地应力测量方法——应变解除法,并介绍了大红山铁矿矿区深部地应力测量的方法、过程和结果。在区域地质构造分析的基础上,采用应变解除法进行现场实测,获得了该矿区深部4个水平6个测点的三维地应力状态;利用多方程回归方法分析初始地应力场,获取了大红山铁矿矿区深部地应力分布的基本规律。测量成果为工程设计和稳定性分析提供了依据,并为进一步研究该矿区岩体应力状态和应力场奠定了基础。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

二维圆形截面浅埋硐室双层围岩塌落形态上限变分分析

考虑岩土体材料的非均质性,本文分析了圆形浅埋硐室顶部双层围岩塌落稳定性。在极限分析上限定理的基础上,构建圆形截面浅埋硐室双层围岩机动许可的速度场,根据Hoek-Brown非线性破坏准则及相关流动法则,推导了塌落极限状态下内能耗散功率以及外力做功功率计算式。根据虚功原理构造泛函,利用变分法求解泛函的极值,进而根据边界条件求得待定系数,并得到了塌落破坏曲面形状。参数分析表明,材料参数A和B以及容重γ的变化对破坏形状有显著影响,而单轴抗拉强度对破坏形状的影响较小。对比了极限分析有限元软件Optum G2的上限结果,两者破坏面吻合较好,由此可说明本文方法的有效性,可为浅埋隧道设计提供理论参考。     

唐山地震高烈度区Vs30经验估计研究∗

以唐山地震高烈度区场地条件为背景,选取并整理其中 701 个实际钻孔的剪切波速测试资料,分别计算国际上较普遍采用的场地分类指标 V_se和 V_s30,初步建立了适用于唐山地区 V_se与 V_s30的对应关系,利用 Boore 提出的速度梯度外推法,回归得到了唐山地区 V_s30的经验模型与拟合参数,并与四个地区(北京、新疆乌鲁木齐、加利福尼亚、 日本 KiK-net)的经验公式进行了对比。结果表明,场地分类指标 V_se和 V_s30之间具有强相关性,不同地区数据回归得到的经验公式能够得到很好的预测结果,也能对场地类别相近地区的剪切波速模型预测提供参考。     

非线性破坏准则下深埋小净距隧道围岩压力研究

围岩压力大小是影响隧道稳定性的重要因素，也是进行合理支护设计与安全施工的前提。考虑围岩破坏的非线性特征，基于极限分析上限法推导深埋小净距隧道围岩压力公式，给出优化求解的过程，并与规范法进行验证对比，最后就相关影响因素做参数分析。结果表明：该方法与公路隧道设计规范的方法计算结果相对误差较小，且表现的规律一致，即两隧道内侧围岩压力大于外侧的围岩压力，也即中夹岩受力大，验证了本文计算方法的合理性；增大水平方向支护力，可有效减少隧道顶部的压力，提高隧道稳定性；竖向平均围岩压力随着净距的增大而增大，两者大致呈非线性相关的关系，增大幅度逐渐减小；围岩压力随着非线性Hoek-Brown准则中参数GSI、m_i、σ_ci增大而减小，所以对于软弱围岩，可以进行加固，改善自身力学性质，从而提高围岩自身承载力，减少隧道承受的围岩压力。     

黏土分层特性对吸力嵌入式板锚埋深损失的影响∗

海洋工程中,海床土体常伴有分层现象。将均质土、正常固结土在海床土体中的分布情况称之为土体分层特性。基于耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）法,建立起用于分析不同土体分层特性的条件下,吸力嵌入式板锚（SEPLA） 旋转调节过程的大变形有限元模型。通过与离心机实验及数值模拟结果对比,验证了模型的有效性。以双层黏土为例,研究了不同黏土分层特性下板锚的埋深损失。明确了衡量黏土分层特性的指标 s_u1,ave/s_u2,0,并考察了不同 s_u1,ave/s_u2,0下,系缆点距土层分界线的距离 d 对板锚埋深损失的影响。研究结果表明：在 s_u1,ave/s_u2,0＞1 的双层黏土中, 随着 d 值的增大,板锚的埋深损失逐渐减小,当 d≤-0.5B 与 d≥1B 时,板锚的埋深损失分别仅受上层土体与下层土体强度影响;在 s_u1,ave/s_u2,0＜1 的双层黏土中,随着 d 值的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,当 d=1B 时,埋深损失存在一极大值 ΔZ_max,该极大值比板锚在单层土体中的埋深损失大 32%~123%。同时,在 s_u1,ave/s_u2,0＜1 的双层黏土中,板锚的埋深损失与上层土体的平均强度 s_u1,ave和锚埋深处的土体强度 s_ue有关;由于板锚埋深损失存在极大值 ΔZ_max,在工程中较为危险,因此,考察了强度比 s_u1,ave/s_ue、埋深处土体强度 s_ue、板锚初始埋深 H 对 ΔZ_max的影响。     

板锚在双层黏土中埋深损失的大变形有限元分析∗

海洋工程中,海床土体分层现象对吸力嵌入式板锚（SEPLA）在海床中的旋转调节过程有着不可忽视的影响。基于耦合的欧拉?拉格朗日（CEL）法,建立起用于分析板锚在双层黏土中埋深损失的有限元模型。通过与已有离心机试验及数值计算结果对比,验证模型的有效性。在板锚初始埋深不变的情况下,考察不同系缆点距上下层土体分界线距离（d）及强度比（s_u1/s_u2 ）对板锚在双层黏土中埋深损失的影响,通过分析板锚周围土体的流动机制,明确了锚在双层黏土中埋深损失增大的原因,并建立起板锚埋深损失经验公式。结果表明,在 s_u1/s_u2＜1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失先增大后减小,并存在一极大值 ΔZ_max,该极值比板锚在下层均质土中埋深损失大 74.2% ~ 81.1%,在工程中较为危险;在 s_u1/s_u2＞1 的双层黏土中,随着 d 的增大,板锚的埋深损失逐渐减小;d≤ -0.5B 与 d≥1B 时,板锚的旋转过程分别仅受上层土体与下层土体的影响。     

基于拟动力法抗滑桩加固非饱和土边坡稳定性分析∗

基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析改进水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,将传统塑性理论扩展至非饱和土中以考虑基质吸力对桩侧阻力的提升作用,与解析解对比验证了该方法的合理性。通过算例分析,揭示了吸力对非饱和土边坡稳定性及抗滑桩加固效果的强化作用,探究了非饱和土边坡的地震响应规律,研究了抗滑桩布设参数对支挡结构边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：吸力对边坡稳定性的提升效果可达 20% ~ 50%,吸力效应与地震动特性密切相关,在地震波达到峰值时显著增强;水平和竖向加速度系数以及土剪切模量对边坡地震稳定性影响较大;桩距 D₁/d_p ≤ 4 时,抗滑桩加固效果较为显著并随摩擦角的增加得到强化,抗滑桩最佳桩位位于边坡中上部,且随摩擦角的增加逐渐减小,对应的加固效果也有所降低。     

海域地震动强度包络模型研究∗

人工模拟地震动是目前开展海洋工程结构抗震分析的主要地震输入分析。强度包络函数是人工模拟地震动的重要参数,决定了地震动的强度非平稳性特性,并对地震动持时起控制作用。目前的地震动强度包络模型均是基于陆域地震动记录统计分析得出,无法准确反应海域地震动的强度特性。因此,基于日本 K?Net 强震动观测台网的实测地震数据库,分析海域地震动在时域中强度分布特性;提出适用于海域地震动的三段式强度包络模型,回归得到震级 M、震中距 R 及关键参数上升段 t₁、强震平稳段 t_s、下降段衰减率 c（无量纲）的计算表达式;研究震级、震中距对海域地震动强度包络模型的影响规律,并探讨海域地震动与陆域地震动强度包络模型的异同。研究结果表明：海域地震动强度包络模型中关键参数上升段 t₁、强震平稳段 t_s、下降段衰减率 c 的取值范围分别为[13~52 s], [12~79 s],[0.037~0.173];震级对关键参数（t₁、t_s、c）的影响要大于震中距;与陆域地震动相比,海域地震动的强度包络模型的下降段衰减率 c 相差显著,且各关键参数的分布范围更大。     

深厚沉积层对地震动持时影响的初步分析∗

基于 NGA‐West2 和 NIED 数据库,以地震动 70% 重要持时和 90% 重要持时为研究对象。利用获取的 9 361 组强震记录,采用随机效应回归和残差分析的方法,对典型持时预测模型进行改进,并探究了深厚沉积层对地震动重要持时的影响规律。结果表明：（1）场地沉积层厚度对地震动持时有显著影响,随着沉积层厚度的增大,地震动持时呈现出对数线性增长的趋势;（2）地震动持时的沉积层厚度效应与地震动强度具有相关性。重要持时随 Z_2.5的对数线性变化系数随地震动强度的增大而减小;（3）地震动持时分别随着震级和断层距的增大而增大,随着 V_S30的增大而减小;（4）在强震、远场以及软弱场地条件下,深厚沉积层对地震动持时的放大作用越显著。在高层结构的抗震设计时,考虑深厚沉积层场地对地震动持时的影响是有必要的。     

地下硐室的几何特性对松动圈范围的影响

松动圈是岩体地下硐室稳定性评价和设计的重要指标之一。地下硐室的几何特性对松动圈的范围有一定的影响。运用显式有限差分法,从地下硐室的断面积、高度和跨度以及断面形状等方面就地下硐室的几何性质对松动圈影响的问题进行了数值模拟研究。结果表明:随着断面面积的增大,松动圈范围扩大,扩展速度加快;随着断面跨高比的增大,松动圈范围增大;高跨比变化对松动圈范围的影响较小;断面形状对松动圈范围及扩展速度有很大影响。研究结果对地下硐室的开挖以及衬砌设计具有参考意义。     

基于模糊失效准则的危岩稳定可靠度计算∗

为预测危岩崩塌灾害的发生,分别选取影响三种不同类型危岩稳定性的主要参数作为随机变量 X₁~X₅,基于模糊失效准则和可靠度理论建立了危岩模糊可靠度计算模型和方法。首先,根据危岩稳定系数的隶属函数表达式,引入新随机变量 X₆,将稳定系数的隶属函数作为新随机变量 X₆的概率分布函数,得到了随机变量 X₆的概率分布形式。然后,针对三种不同类型危岩分别建立了危岩失稳模糊事件的等效功能函数和模糊可靠度计算模型。最后,采用改进的 Monte?Carlo 法计算了危岩失稳模糊事件的失效概率。对万州首立山 6 块单体危岩进行分析,结果表明：当危岩稳定系数从小至大变化,考虑模糊失效准则后危岩的失效概率增加幅度经历由小变大再变小的过程, 即处于欠稳定~基本稳定状态下的危岩模糊性较强,判断其真实稳定性状态较困难,实际工程中针对这类危岩仅采用经典可靠度计算方法得到的结果存在一定风险,需考虑模糊失效对危岩可靠度的影响。     

地震作用下地裂缝场地地表动力响应特性研究∗

为了准确描述地裂缝场地动力特征,利用 ABAQUS 有限元软件建立了地裂缝场地三维动力数值分析模型, 定量分析了地裂缝场峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)、Housner 强度(HI)和 Arias 强度(I_a )在不同地震作用下的变化趋势,获得了地裂缝场地动力响应规律,并与振动台模型试验结果进行了对比,表现出较好的一致性。结果表明：上盘的动力响应放大系数及影响范围均比下盘大,在地裂缝附近达到最大并向两侧递减,呈“λ”分布;随着地震烈度增大,土体软化程度增强,动力响应放大系数和裂缝两侧放大系数的差值逐渐减小;场地下盘的地震动长周期分量较丰富,平均周期相对上盘表现出较大的特性;在同一地震烈度不同输入方向引起的上、下盘动力响应中, 垂直地裂缝方向作用的地震波对场地破坏较为严重。其研究结果可为地裂缝场地的工程应用提供重要参考。     

栓钉连接件、锚固及降温方式对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响∗

为研究降温方式、锚固长度、栓钉连接件(焊接栓钉)及其位置对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响,设计了 12 个高温喷水后型钢再生混凝土试件和 2 个高温后型钢再生混凝土试件进行推出试验。试验过程中观察了型钢再生混凝土试件的推出过程及破坏形态,获取了各试件的荷载滑移曲线及其特征点参数,分析了变化参数对其特征点参数的影响规律。结果表明,高温喷水后带栓钉型钢再生混凝土破坏后会在栓钉所在处产生横向裂缝,其加载端与自由端荷载滑移曲线的差异也很大;高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度均随历经最高温度的上升而下降;历经最高温度为 400 ℃时,高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度低于高温后型钢再生混凝土,l_a=250 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土黏结强度和弹性黏结抗剪刚度也低于 l_a=400 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土,历经最高温度为 600 ℃时则反之;栓钉连接件对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递性能的提高显著,特别是将其设置在型钢腹板处。     

白龙江流域武都区段新发泥石流堆积物基本特征及颗粒级配分维研究∗

白龙江流域是我国泥石流的高发地区,在强降雨的激发下沟谷内堆积的大量固体松散物质易形成泥石流。 松散固体物质的颗粒级配影响着它的力学性能,进而对泥石流的启动产生较大影响。强降雨后,松散堆积体内大范围剪切破坏而转化为泥石流。以白龙江流域近期新发泥石流的 16 条泥石流沟为研究对象,取其具有代表性的堆积样品,通过室内土工实验,测试其基本物理力学参数。并通过筛分及激光粒度仪对样品的颗粒进行分析,采用统计图解法、粒度分维法和经验公式法对泥石流堆积物的特征、性质、粒度分形结构和颗粒级配关系进行分析。结果表明：1. 区内泥石流堆积体粒度分布具有良好的分形特征,粒度分维值 D 为 2.5~2.6,且粒度分维值 D 随黏粒含量 P_c的增加而增大,二者满足关系式 D=0.115 1ln(P_c )+2.509 8。2. 通过经验公式、粒度分维计算、现场称重等方式确定了白龙江流域武都区段大部分泥石流为黏性泥石流。3. 堆积物中的黏粒含量较多,但大都缺失中间粒径,级配不良,且堆积物的抗剪强度普遍不高。各泥石流堆积物的物理力学性质有着较大的差异,但其内摩擦角却大都在 27°~30°变化。说明该区域泥石流堆积物的内摩擦角具有良好的相似性。通过研究新发泥石流堆积体的物理力学特性,依据分形理论,剖析粒度分维值与粒度组成、粘粒含量、黏粒级配等相关性,为泥石流防灾减灾提供基础数据支撑。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性分析

Baker提出的非线性破坏准则是一种广义的岩土体强度准则,常规的M-C强度准则、格里菲斯强度准则以及Hoek-Brown强度准则均为其特例。该准则通过大量的三轴试验引入无量纲强度参数A,n和T,其中A为尺度参数用于控制剪切强度的大小;n为准则曲线的次数用于控制曲率;T为转换参数用于控制准则曲线与σ轴的位置,并反映其无量纲拉伸强度。以Baker非线性强度准则为基础,以极限分析上限法为工具,采用"切线法"思想研究了静、动荷载下边坡的稳定性,将边坡的稳定性问题转化为含多变量的数学优化问题,并给出其最优解。通过算例分析,研究了非线性强度参数对边坡稳定系数与屈服加速度系数的影响。结果表明:边坡稳定系数随无量纲参数A,T的增大而增大;边坡屈服加速度系数随坡高、坡角的增加而降低。     

国家地震烈度速报江苏子系统参数测定能力评估∗

分析了 2023 年 3 月以来江苏地震烈度速报与预警系统震源参数测定的可靠性和精度。研究选取 2022 年 3 月 1 日至 2023 年 12 月 20 日期间江苏地区发生的 98 条 M_L≥2.0 地震事件,对比了新旧两套系统对同一事件的定位结果。结果显示,震中位置偏差大多数在 0.3~12.1 km 范围内,大部分误差属于正常范围。两套系统的震级偏差普遍较小,只有少数结果因定位台站的数量、钟差、数据噪声和干扰等因素导致偏差较大。此外,监测能力方面,新系统的监测能力整体提升 M_L0.5,二维模拟地震定位测试方法显示定位精度也有所提升,整体来看,新系统展现出良好的实效性,能为地震分析和科学研究提供可靠的数据支持。