地震荷载作用下沉管地基砂垫层液化的可能性

以广州仑头—生物岛沉管隧道为背景,采用二维动力有限元模拟方法,分析了地震荷载作用下沉管隧道地基的动力响应,得到了地震荷载作用下地基土的动剪应力分布;通过对试验资料的分析,得到了沉管隧道地基砂垫层的抗液化剪应力,以此分析了沉管隧道地基土在地震荷载作用下的液化可能性,并提出了相应的抗液化措施,可供沉管隧道的抗震设计参考。     

不同强度地震作用下的心墙堆石坝三维动力液化分析

东圳水库大坝位于福建省莆田市城厢区,该水利枢纽处于华南沿海地震带北段,由于水库建设时我国尚未有抗震设防烈度标准,因此亟需对其抗震稳定性进行复核。以东圳水库大坝为原型,结合已有的地震资料,选用Byrne液化模型,采用FLAC3D软件,研究了在50年超越概率10%、5%和2%地震作用下坝体填料的液化特征及最终位移情况。结果显示,在地震作用下,坝体上游砂砾石填料会发生局部液化,且液化区随着地震强度的增大而增加,但尚未出现大面积连续液化区;坝体填料发生液化后,产生了有限度的塑性变形,其变形量也随着地震强度的增大而有所增加;除坝顶较小区域外,坝体总位移量相对较小,对大坝整体稳定性不会产生显著影响。研究结论可以为大坝的抗震加固和治理措施的选择提供依据和参考。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

混凝土重力坝的地震响应分析

进行了某混凝土重力坝在多遇和罕遇地震荷载作用下的二维地震响应分析,比较了水位条件对大坝动力响应的影响。研究表明,在多遇地震荷载作用下,大坝应力应变关系基本处于弹性状态,在罕遇地震荷载作用下,最大地震动位移出现在大坝上侧,随着水位的上升,大坝上侧的位移和坝踵处动应力逐渐减小,而下游坝面折坡处的动应力基本不变。     

自由场地液化振动台实验结果分析与数值模拟

通过拉格朗日差分程序FLAC3D完全非线性动力分析模块,模拟了自由场地液化振动台实验并对实验结果做出分析,结果表明:该动力分析方法能够较好地反映液化土层地震响应,实验结果也验证了模拟结果的精确性;液化土层滤波作用起始于孔压比上升的时候且较为明显,液化后加速度时程的卓越周期有所增加;本文实例中的液化土层对地震动具有放大作用,液化范围越大,其放大作用越明显,且在长周期段放大作用更为突出。     

海底管线周围海床瞬时液化的数值分析

地震荷载作用下,海床液化是海底管线失稳的主要原因之一。本文采用Mohr-Coulomb模型和Drucker-Prager模型,基于饱和多孔介质的Biot动力固结方程,进行了有效应力分析;利用大型有限元计算软件ADINA,计算得到了海底管线周围海床土体中的超孔隙水压力及其变化规律,并在此基础上进行了瞬时液化分析。在数值计算的过程中,引入粘弹性人工边界的方法模拟地震波由有限域到无限域的传播,从而更为实际地反映了在地震作用下,海底管线周围土体的动力响应问题。     

泥岩上覆黄土地震滑坡动力变形分析

以宁夏海原县九彩乡滑坡为例,通过对其工程地质特性进行调查,得出了滑坡成因。通过实验得出黄土与滑带土在静力状态与动力状态下的力学强度参数,然后运用FLAC3D有限差分软件建立了斜坡数值分析模型,加入震级与海原大地震相近的汶川地震的地震荷载,分析泥岩上覆的薄层黄土滑坡在地震作用下的破化模式。在模拟过程中可以得出:(1)在地震荷载的作用下,斜坡水平位移最大处发生在坡体后部较陡的部位,坡体中部和坡脚处的位移相对较小;(2)根据最大剪应变云图与监测点位移图,斜坡的大变形主要发生在地震加载的5~10s的区间内,10s后的变形趋于稳定。     

滨海核电厂取水口堤头地基三维地震响应分析

以某核电站海域工程取水明渠导流堤为背景,研究取水明渠堤头在地震作用下的动力响应规律,从结构的位移时程、结构变形、超孔压比、液化区域等方面定量评价取水明渠堤头结构的安全性。采用MIDAS/GTS NX TO FLAC3D的建模方法,结合PL-Finn液化后大变形本构模型,通过FLAC3D有限差分程序开展动力响应数值模拟。计算结果表明:砂土液化后发生流动使导流堤结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大;与基底输入地震动相比,在堤头结构顶部水平和竖直加速度放大2-3倍,且越靠近堤头顶部处加速度呈现出明显放大效应。综合判断地震产生的永久变形不至于使堤头结构向海侧滑移,不会影响到核电厂安全用水。本文研究成果可为类似项目抗震设计提供参考。     

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。     

地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究∗

目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡,忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡,而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡,忽略了块石的存在。利用数字图像处理技术,建立某一实际土石混合体边坡的细观结构模型,利用有限差分软件 FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地震荷载作用下的变形及稳定性。结果表明：土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏,随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏,最终形成完整的破坏带;土石混合体边坡的滑面受石块位置制约,具有“绕石现象”;在相同地震荷载作用下,土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢,最终产生的永久位移比等效均质土坡产生的永久位移小,块石的存在增加了土石混合体边坡的抗剪强度,提高了其稳定性。     

爆破地震波作用下尾矿坝的有限元动力分析

为了了解某钼矿进行爆破采矿是否会对近距离的尾矿坝产生破坏作用,结合实际勘探资料,在二维静力非线性有限元分析的基础上,进行爆破地震波作用下坝体的动力反应分析,综合研究了动位移、动应力和加速度时程等关键物理量变化的规律性,并在此基础上进一步结合试验资料对坝体进行了液化判断及稳定性分析。分析结果表明,该钼矿在规定的爆心距、药量范围内进行爆破采矿时,相邻的尾矿坝是安全稳定的。本文的研究结果对爆破设计、现场采矿及尾矿坝体运行维护均具有一定的指导意义。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析

高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。     

泥石流暴发的应力自组织临界特性

泥石流是一种严重的自然灾害。从广延能量耗散的角度看，泥石流暴发的应力演化过程是一种自组织临界过程。斜坡松散碎屑土触变液化系统在暴雨激发下，内部不同因子间的相互非线性作用，导致斜坡碎屑土自然地朝临界极限应力状态发展，最终暴发泥石流。本文以应力的自组织观点，分析了泥石流暴发的特性。蒋家沟泥石流的资料显示，泥石流规模与频率间存在着幂律关系，这说明泥石流活动具有自组织临界的特性。     

淮安市砂土地震液化势的综合评估

建立了BP神经网络模型LM算法的砂土地震液化判别方法,采用LVQ模式分类网络对数据进行分类,选取唐山地震时76个场地、320组现场液化勘察资料为研究对象,训练和检验网络模型的数据各160组,结果表明,该方法的砂土液化预测准确度为96.8%。根据淮安市典型场地土的钻孔资料,采用《建筑抗震设计规范法》液化判别法(规范法)、美国国家地震研究中心建议的液化判别简化方法(NCEER法)和谢君斐-陈国兴液化判别方法(谢-陈法)等3种液化判别方法及本文提出的BP神经网络模型液化判别方法对22个钻孔、120标贯点进行了液化判别,结果表明:14种地震液化判别方法的计算结果基本一致;2NCEER法比谢-陈法的计算结果要保守;3谢-陈法与规范法的计算结果很吻合,预测正确率相差不大;4规范法相对BP神经网络模型法的计算结果要保守;5BP神经网络模型法比其他3种方法的预测结果更符合实际的液化规律。最后,综合4种方法的液化判别结果给出了该地区地震液化势的评估结果,并给出了部分典型地质剖面土层地震液化势分布图。     

国内外液化砂砾土土性对比分析

砂土液化问题的研究特别是砂土液化的判别目前已经取得了较大的进展,并在国内外现行的规范中充分反映,而砂砾土由于颗粒大、透水性好,普遍认为地震时孔压不至于上升至液化的程度,往往将其划分为非液化土类。通过调查汶川地震砂砾土液化情况以及勘察试验获取其土性资料,对比分析了国内外液化砂砾土的地质背景及土性特征。主要认识为:①以往国内外砂砾土液化实例虽然有限,但已经表明松散-稍密的砂砾土在一定的地震强度下仍有可能发生液化,而2008年汶川地震中的大量砂砾土液化的事实,说明笼统地将砂砾土划归为非液化土类的做法有误;②汶川地震液化砂砾土的颗粒级配范围涵盖了国内外其他地震的颗粒级配,研究汶川地震的砂砾土液化问题具有代表性和普遍性,以此建立的砂砾土液化评价方法在国际上应具有通用性。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

工作竖井与隧道连接处支护结构横向地震响应

建立了工作竖井与盾构隧道、明挖隧道相连的空间交叉结构三维模型,采用FLAC3D对该复杂结构进行了横向地震响应分析,得到了工作竖井与隧道连接处支护结构关键点的位移和应力响应规律。通过对地震横向激励过程中竖井与隧道连接处支护结构收敛位移和关键点主应力峰值的分析,对该结构的横向抗震性能做出了评价。