降雨作用下浅层碎石土滑坡解体破坏机理研究

为了揭示浅层碎石土滑坡的变形解体破坏机理,通过资料搜集整理与分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用数理统计分析方法、不平衡推力法和不分离接触弹塑性有限元强度折减法,获得了滑坡的整体稳定性系数;运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论,分析了该类型滑坡的变形解体破坏过程,揭示了强降雨作用下浅层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机理和一般的力学机理。结果表明,浅层碎石土滑坡的解体破坏过程中,滑体位移、滑体沿滑面滑动状态和塑性应变的发展以及滑面上摩擦应力的发挥程度是不一致的;强降雨是浅层碎石土滑坡体发生失稳的主要触发因素;采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程,为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

近场地震作用下框架结构的损伤机理

首先讨论了近场地面运动的特征及各种抗震规范对近场地震的设防，然后采用非线性时程分析方法，对一个10层框架结构在近场地震作用下的响应特性进行了研究。同时对该框架结构进行了Pushover分析，通过与非线性时程分析结果进行对比，说明Pushover分析方法不能正确评估结构在近场地震作用下的抗震性能。     

内压作用下纤维混凝土预应力安全壳破坏机理研究∗

核电厂安全壳作为防止核放射性物质泄漏的最后一道屏障,提升安全壳的承载力尤为重要。大量研究显示纤维混凝土在力学性能、耐久性等方面具有显著优势,为了探究纤维混凝土在安全壳结构上的适用性并准确描述内压作用下纤维混凝土预应力安全壳的破坏机理,利用ABAQUS 有限元软件,建立钢纤维、钢聚丙烯纤维、钢聚乙烯醇纤维增强安全壳精细化模型,施加内压荷载进行有限元分析。结果表明：(1) 纤维混凝土安全壳破坏机理及变形规律与普通混凝土安全壳类似,混凝土中不同纤维的掺入均能有效延缓混凝土裂缝出现的时间,抑制裂缝开展的速度,减少钢衬里塑性损伤,大幅提升安全壳的极限内压。(2) 钢纤维具有最佳的增强效果,但恶劣的服役环境下混杂纤维值得优先考虑。(3) 局部替换纤维混凝土尤其是洞口区域附近,更有利于保持安全壳结构经济性与安全性的平衡。     

水库蓄水作用下三峡库区某库岸堆积体变形破坏机理研究

某堆积体位于秭归县境内长江南岸，采用了通用计算程序，对三峡水库三期蓄水的一系列工况下该堆积体的稳定安全系数Fs、饱和-非饱和渗流场的变化及变形破坏机理进行了计算分析。计算结果表明，随着水库蓄水位的增加，该堆积体的塑性区范围及水平位移值增大，稳定性相应的降低。     

PHC管桩复合地基损伤破坏机理分析

高强预应力管桩(PHC管桩)复合地基是刚性桩复合地基的一种常用形式,但目前对其桩体失稳破坏机理仍缺乏深入探讨。依托一具体工程实例,建立了超高填方荷载作用下PHC管桩复合地基的三维数值分析模型,藉此开展了考虑桩体刚度损伤的失稳破坏机理与破坏模式的研究。计算结果表明:混凝土损伤塑性模型可较好的描述PHC管桩的刚度退化和桩体损伤破坏后的力学软化行为;在超高填方荷载作用下,不同位置下的PHC管桩发生不同程度的拉伸损伤或压缩损伤,并伴随着拉裂缝的产生;PHC管桩复合地基中的桩体破坏模式可归结为弯曲破坏,但是不同位置桩体的弯曲应力产生机制有所不同,可能为压弯或拉弯。研究成果可为PHC管桩复合地基的优化设计提供一定的理论支撑。     

地震滑坡涌浪作用下重力坝的损伤分析

滑坡所造成的涌浪极易对坝体造成严重的损坏,如果在地震作用时发生滑坡涌浪将会额外增大高坝破坏的风险。通过分析,选择了合理的涌浪压力计算方法,以Koyna混凝土坝为例探讨了地震滑坡涌浪作用下坝体的损伤破坏情况。数值分析结果表明,在同样的涌浪高度情况下,发生在地震过程中不同时刻的涌浪对坝体的影响程度不同,在最不利组合情况下,涌浪压力对坝体上游面的破坏要远大于单纯地震动的影响。     

日本阪神地震中大开地铁车站地震破坏机理分析

基于ABAQUS有限元软件,对日本神户大开地铁车站在阪神地震中的地震反应进行了数值模拟研究。采用能合理反映剪胀及应变软化特性的统一硬化本构模型来模拟土体的力学行为,同时应用塑性损伤模型描述了混凝土的力学特性,建立了大开地铁车站的三维数值计算模型。首先研究并对比了水平地震动单独作用,以及水平与竖向地震动共同作用下大开车站结构与围岩土体的地震反应,进而探讨了浅埋地下结构的地震破坏机理。数值结果表明:在强震作用下浅埋结构的上覆土体首先剪切破坏,进而丧失抗剪能力;上覆土体丧失抗剪能力后,在竖向地震作用下,其惯性力作用于车站结构顶板,该惯性力与侧壁土体引起剪切荷载的耦合作用使车站结构的中柱压剪破坏,继而结构顶板折断,最后结构整体倒塌。     

近场脉冲型地震作用下上承式拱桥损伤模式研究

为了研究近场脉冲型地震作用下上承式钢筋混凝土拱桥的损伤模式,采用OpenSEES建立了某实际上承式箱板拱桥的全桥模型,根据N-M相关曲线和能力需求比分别研究了主拱圈与拱上立柱的抗震性能,并基于动力增量分析(IDA)对桥梁的损伤模式进行探讨。研究表明:在纵、横向地震输入下,拱圈的最大弯矩响应均出现在拱脚;当地震沿纵向输入时,较矮拱上立柱的剪力响应较大,而当地震沿横向输入时,拱上立柱将产生双向剪力,且较高立柱的横向剪力大于纵向,较矮立柱的纵向剪力大于横向;主拱圈的潜在抗震薄弱环节是拱脚,且其纵向抗震性能弱于横向;拱上立柱纵向抗震性能优于横向,靠近拱顶的立柱最先发生破坏,且以剪切破坏为主;较高的拱上立柱易发生横向剪切破坏,而较矮的拱上立柱易发生纵向剪切破坏。损伤分析表明,钢筋混凝土上承式拱桥在近场脉冲型地震作用下拱上建筑会先于主拱圈发生损伤。     

斜坡地震稳定性研究的若干问题

强震通常会诱发斜坡灾害,并造成重大的人员伤亡和经济损失,斜坡地震稳定性评价研究是当前岩土工程和防灾减灾领域研究的热点问题之一。本文总结了斜坡在地震作用下稳定性评价的研究历史和现状;评述了静力分析方法的发展历史和存在的问题,归纳了动力分析法的发展历程和最新的研究成果。在此基础上,提出了当前斜坡地震稳定性研究领域亟需解决的10个基础问题。主要包括滑坡形成的地质条件、斜坡原始地形恢复方法、滑带土基本特征、输入地震动的确定、地震动入射方向对斜坡稳定性的影响、地震滑坡地震动场的反演、土体地震流滑形成机理和预测方法、斜坡地震稳定性可靠性分析、滑坡灾害风险分析以及快速评估方法等。开展这些基础问题的研究对推动斜坡地震稳定性研究有重要的理论意义和工程价值。     

RC框桁式墙体破坏模式及地震损伤模型研究

文中提出一种由钢筋混凝土（RC）外边框和内部桁式杆件组合而成的新型框桁式墙体,为研究该新型墙体的地震损伤性能以实现损伤控制,进行了3个1:2模型比例的框桁式墙体试件的低周反复荷载试验,详细分析了试件从加载开裂直至破坏的各阶段裂缝发展规律与损伤积累过程。通过对既有损伤模型及框桁式墙体损伤特点的分析,引入基于延性和累计滞回耗能的双参数地震损伤模型,并通过非线性多元回归分析获得模型影响参数α和β。结果表明：该墙体首先在桁杆上出现裂缝且裂缝逐渐贯通,再以节点为中心开展裂缝,最终破坏发生在外框底部区域,该试件的破坏顺序明确;文中提出的双参数损伤模型能够较好地反映此类试件在地震作用下,损伤指数在加载初期增量较小、而在屈服后损伤指数增加迅速的实际情况。研究结果可为新型框桁式墙体的抗震设计提供参考。     

地震条件下陡峭岩体崩塌式渐进破坏研究

基于离散单元法DEM,推导颗粒黏结-阻尼振动-运动演化方程,建立三维陡峭岩体模型,在地震横波与纵波条件下,进行岩体渐进式破坏演化动态过程模拟,在模型中实时跟踪9个监测点相关力学及运动参数,分析从稳定至滑动,再到碎石运动演化过程中参数变形情况。结果表明:细观颗粒间从黏结到损伤断裂再到运动的过程中,非线性运动特征差异化明显。水平向横波作用下,左侧岩体渐进式破坏严重,呈现出断裂-分离-接触碰撞-再分离的运动演化过程。不同振动强度下,岩体破损程度差异明显,振幅15以上岩体破坏严重。纵波单独作用下,岩体虽发生水平向裂纹,中部发生较大变形,但整体结构保持较好;模拟发现横波是岩体破坏的主要因素,纵波和横波叠加作用下两侧岩体破坏严重。     

RC框架结构地震破坏机理与抗倒塌研究现状与展望∗

多层钢筋混凝土(RC)框架结构地震破坏机理与抗倒塌设计理论一直是地震工程领域的研究热点。聚焦砌体填充墙对结构破坏模式的影响,从地震倒塌机理、结构破坏模式与成因剖析、抗地震倒塌设计理念3个方面对国内外开展的多层RC框架结构抗震研究进行了梳理、总结。结果表明:地震作用下实际工程及实验室模型难以出现设计预期的"强柱弱梁"破坏,设计细节和非结构构件均影响结构的地震破坏模式;改善填充墙与周围框架连接方式、增设翼墙或设置柔性填充墙一般均能保证结构的抗倒塌性能。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土损伤破坏准则研究

为了有效评估硫酸盐与冻融环境下混凝土力学性能,通过试验研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下的混凝土力学性能退化规律,并基于连续损伤力学理论和Ottosen四参数破坏准则,建立了考虑冻融循环次数的混凝土损伤破坏准则。结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,混凝土拉压子午线逐渐向静水压力轴移动,劣化混凝土破坏面随损伤增加逐渐收缩,混凝土抗裂性能降低。硫酸盐溶液种类对混凝土拉压子午线影响明显,在相同冻融循环时间内,硫酸镁溶液中混凝土拉压子午线收缩程度更加明显,说明硫酸镁溶液中混凝土劣化损伤更严重。     

地震作用下地裂缝场地土体的损伤量化分析∗

为研究地震作用下地裂缝场地的破坏特征和损伤变化规律,以西安f4地裂缝场地为背景,进行振动台模型试验。基于希尔伯特边际谱理论,通过土体内部实测数据对地裂缝场地损伤过程进行分析。结果表明:(1)地震作用下,地裂缝场地上、下盘土体变形不一致导致主裂缝两侧产生张拉应力,使得主裂缝不断开裂、扩展,破裂面为锯齿状,且上盘区域产生的次生裂缝更多;(2)损伤指数的发展规律与试验现象较为吻合,说明此损伤量化方法适用于评价地裂缝场地在地震作用下的损伤特征;(3)地表各测点的损伤指数和峰值加速度分布规律表现出较高的一致性,均在靠近地裂缝处达到最大,随着与地裂缝距离的增大而递减,表现出“上、下盘效应”,土体的损伤状况与输入峰值加速度、土层类别等因素有关。     

独柱墩梁桥倾覆破坏机理研究

系统研究了独柱墩梁桥在超载及偏载作用下箱梁发生倾覆破坏的机理,具体包括如下内容:(1)定义了箱梁发生倾覆前的两个关键状态,即一侧端支座脱空状态和倾覆稳定极限状态,并据此进一步定义了箱梁发生倾覆的3个阶段,即稳定阶段、过渡阶段和倾覆阶段;(2)以上虞春晖大桥为背景,建立了考虑接触非线性和几何非线性的ABAQUS有限元模型,确定了桥梁倒塌的两个关键状态所对应的荷载,并进一步研究了倾覆荷载与箱梁弹性模量、加载位置、桥长和支座与箱梁摩擦系数间的关系。研究结果表明:(1)有限元计算得到的倾覆极限荷载与春晖桥现场倒塌实测荷载吻合,表明春晖桥的倒塌源于箱梁首先倾覆,在倾覆过程中桥墩被推倒;(2)倾覆稳定极限状态可以作为判断桥梁是否倾覆的依据,比采用一侧端支座脱空状态判断更加准确,对应的倾覆极限荷载是转动极限荷载的1.5~2倍;(3)独柱墩梁桥的转动和倾覆极限荷载与箱梁的弹性模量、加载位置和桥长有关,而与支座与箱梁间的摩擦系数无关。     

汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏特征与机理

在现场调查的基础上,研究了汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏现象,总结了变形破坏的特点,分析了发生变形破坏的机理。小鱼洞大桥在汶川地震中表现出复杂多样的变形破坏现象,包括梁体塌落,引线段断裂、形成断坎,边坡坍塌,路面纵向拉裂,盖梁与桥台之间右行错动,伸缩缝拉开并发生左行错动和桥台搭板移位等。小鱼洞大桥变形破坏的特点主要表现为挤压与拉张现象并存、左行与右行现象并存和水平向振动与竖向振动并存。地震时小鱼洞大桥受到了复杂的力学作用,不仅有水平挤压作用,而且有竖向和水平向的振动作用以及水平剪切作用。     

模型试验研究碎石土斜坡优先流机理

通过自制的试验装置,模拟天然降雨过程,研究碎石土斜坡优先流的形成机理以及优先流对碎石土斜坡地下径流的影响,为揭示降雨诱发碎石土斜坡变形破坏机理提供理论依据和数据支撑。研究了颗粒组成结构、降雨历程、地下水、干缩、冻融交替等因素对碎石土斜坡优先流的影响,以及优先流对碎石土颗粒组成结构、碎石土斜坡地下径流的影响,揭示碎石土斜坡优先流的形成机理。通过染色示踪试验,揭示了碎石土斜坡优先流的形态和分布特征,为碎石土斜坡优先流的进一步量化研究提供依据。     

地震作用下结构失稳诱发的塌陷和地裂缝机理分析

分析了地震诱发的地表塌陷和地裂缝机制。通过地裂缝微观机理分析研究发现:(1)地震造成了大量的地裂缝和塌陷,这些破坏的出现与地震发生时造成的瞬间应力变化和结构破坏密切相关;(2)利用结构突变失稳理论来研究岩土体内部结构是可行的。当应力状态满足孔隙结构失稳判别式时,结构元的变形状态将产生一个“跳跃”;(3)地震情况下岩土体颗粒之间有效接触力的增加,使得结构的变形能增大;同时导致颗粒间连接刚度的降低,导致结构的失稳,这些变化又是在瞬间发生和完成的,这就造成了在地震发生时总是伴随着大量的裂缝和塌陷的出现。     

强震作用下钢筋混凝土灯塔结构破坏模式研究

为研究某灯塔结构在地震作用下的破坏模式,以该结构缩比振动台试验为背景,对结构试验模型进行有限元建模,利用扩展有限元方法模拟其在不同罕遇地震作用下的动力反应。将数值模拟结果与振动台试验结果进行对比,验证该方法的可靠性,并进一步分析了该灯塔结构在地震作用下的破坏模式。数值模拟和振动台试验结果均表明,该灯塔结构变截面段外墙与圆筒的连接部位是主要的应力集中部位,因竖向受拉首先产生破坏裂缝。随着地震动强度的增加,结构上部会发展出新的水平裂缝,最终呈现出水平成层开裂的破坏模式。     

降雨入渗诱发斜坡失稳的物理模型适用性分析

降雨是诱发斜坡失稳的一个十分重要的触发因素和动力来源。基于降雨入渗诱发斜坡失稳的物理过程建立相应的物理模型是评价降雨型滑坡的有效方法。在查阅大量相关资料的基础上,按照降雨入渗模型和斜坡稳定性分析方法的不同,将常用的降雨入渗诱发斜坡失稳的物理模型大致分为三大类:Green-Ampt入渗模型与无限边坡稳定性方法相结合的模型(Ⅰ类)、Richard入渗理论与无限边坡稳定性方法相结合的模型(Ⅱ类)、其他水文模型与边坡稳定性方法相结合的模型(Ⅲ类),并对各种物理模型的假设条件、优缺点和适用性等进行了深入分析、归纳和总结,以期为实践中降雨滑坡评价模型的选择提供理论依据。