高土石坝地震响应特性振动台模型试验与数值模拟

通过大型振动台模型试验,研究了不同幅值、不同频率和不同持时的地震动作用下高土石坝的地震响应特性,分析了高土石坝的地震破坏模式和破坏机理,并采用有限差分程序结合模型试验进行了动力数值模拟。研究结果表明:加速度响应沿坝高存在明显的顶部放大效应;坝坡加速度响应相对于同高程坝体内部呈现表层放大效应;当输入地震波的卓越频率与坝体自振频率接近时,坝体加速度响应更为强烈;坝体地震永久变形需要一定的时间累积,地震动持时对永久变形有较大影响。在振动台模型试验中,坝体破坏首先从坝顶部开始,破坏模式主要表现为坝顶部堆石松动、滚落、坍塌,甚至局部浅层滑动,其主要原因是加速度响应在坝顶部和坝坡表层存在放大效应,以及坝顶堆石围压低、抗剪强度低三个因素的叠加作用,因此,坝顶部是高土石坝抗震设计的关键部位,研究结果可为高土石坝的抗震设计提供参考。     

平稳随机地震动模型及其在土石坝随机地震反应分析中的应用

考虑地震动的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一均质土坝,并与K ana i谱和M arkov谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机地震动激励下的地震反应。     

剪力墙结构振动台试验的概率密度演化分析

本文将地震动加速度过程分解为两个独立的随机过程:第一个随机过程为已知演变功率谱的全非平稳地震动过程,应用非平稳过程模拟的谱表示-随机函数方法,即可生成代表性样本集合及其平均反应谱;第二个随机过程为修正的非平稳地震动过程,其功率谱密度函数由第一个随机过程的平均反应谱与规范反应谱的拟合误差来计算。通过第二个随机过程演变功率谱的修正,即可生成与规范反应谱拟合一致的全非平稳地震动加速度代表性样本,实现了地震动随机过程的降维表达。得益于该方法,本文生成了7度多遇地震作用下的34条全非平稳地震动加速度代表性样本集合,且每一条代表性样本具有给定的赋得概率,所有代表性样本构成一个完备的概率集。将该代表性样本集合作为一个12层现浇剪力墙缩尺模型结构振动台试验的随机地震激励输入,通过振动台试验测得剪力墙结构的加速度、速度、位移以及层间剪力等动力响应,应用概率密度演化方法,实现现浇高层剪力墙结构在随机地震作用下的概率密度演化分析及动力可靠度评估,为现浇高层剪力墙结构的抗震性能设计提供了有力依据。     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

桩‑土相互作用下的桥梁高墩地震易损性复合参数分析∗

为更准确地预估桥梁高墩在地震作用下的损伤情况以及桩?土相互作用对高墩地震易损性的影响,以考虑高阶振型贡献的复合参数作为地震动强度参数,以综合位移延性比和弹塑性耗能差率的复合指标作为高墩的损伤指标,建立了墩柱、承台及桩?土结构体系模型,基于增量动力分析方法对上述体系进行非线性动力时程分析,绘制基于复合指标的桩?土相互作用下的桥梁高墩地震易损性曲线。结果表明：以所选复合参数作为指标进行地震易损性分析,可有效评估高墩抗震性能和损伤状态;考虑桩?土相互作用可更准确捕捉地震作用下结构损伤概率变化情况; 桩?土相互作用对较强地震动作用更为敏感。可为较高烈度地区的高墩桥梁抗震设计施工提供参考。     

圆形和直墙拱形地下隧道地震反应数值模拟对比分析

考虑土与结构动力相互作用的影响,将地基土—地铁区间隧道结构体系视为平面应变问题,建立了土—地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,对圆形和直墙拱形隧道的地震反应进行了数值模拟;分析了在相同的埋深和场地条件的情况下不同隧道结构形式在不同地震动作用下的应力、加速度和相对水平位移反应特性。结果表明:圆形隧道结构的应力和相对水平位移反应明显小于直墙拱形隧道。从抗震设计角度考虑,选择隧道形状时应优先采用圆形隧道。     

基于数值统计的浅埋地下结构地震动强度指标与抗震性能水平划分研究∗

现阶段地下结构易损性分析还处于初步研究阶段,以单层双跨的日本大开车站为原型,建立了土与单层地下结构动力相互作用的有限元模型。首先根据地震动的频率,选取地震动;再采用增量动力时程分析方法（IDA）,给出了地下结构地震损伤状态的判定与定量划分方法,最后挑选出合适的地震强度指标（IM）。分析结果表明,基于 PGA（地表峰值加速度）/PGV（地表峰值速度）分类的地震动记录在 IDA 曲线上表现出显著的差异,地震动选取的合理性以及随机性是地下结构地震易损性曲线客观性的重要保证;峰值地面加速度（PGA）与场地土层顶底峰值相对位移（PSSRD）均可作为该类浅埋矩形地下结构地震易损性分析的有效且合适的地震动强度指标。基于场地的非线性地震反应特征,对于深埋地下结构的地震动强度指标还有待进一步研究。     

多点激励下连续桥梁地震响应特性研究

地震动在强度和频率等方面均具有非平稳特性,导致多跨桥梁的动力响应非常复杂.为了研究多跨连续桥梁在多点地震动激励下的反应,首先提出了评价多点地震动非平稳性的3个指标:幅值绝对值的标准差、方向离散度和穿零率.根据桥梁多点激励运动方程的特点,阐述了广义振型参与系数矩阵的意义,及其与传统振型参与系数矩阵的联系和区别.根据多点地...     

电力工程建设场地设计地震动参数的研究

以江苏某电厂为例,采用概率法对其工程场地进行地震危险性分析,确定基岩水平向地震加速度时程,并根据场地土的静、动力性能参数的测试结果,采用等效线性化考虑土的非线性特性的影响,利用一维波动模型进行场地土层地震反应分析和地震动效应分析。文中得到了50年超越概率63%、10%和3%的地表水平向地震动峰值加速度和反应谱,将所得结果与电力工程相关规范作了一些比较,指出了相关规范中的一些不足,提出应对大型电力工程场地的设计地震动参数做专门的研究。     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

给定地震场景下的随机地震动降维模拟∗

建立了一种可根据地震场景预测和模拟随机地震动加速度过程的降维模型。首先,挑选了1 766 条实测强震记录,根据断层类型和场地类别进行了分组,并识别了各组地震动的演变功率谱参数;然后,基于地震场景参数和演变功率谱参数,训练了两者的高斯过程回归模型（GPRM）,并采用K-fold 交叉验证法,验证GPRM 预测的有效性和精确性;最后,基于非平稳随机过程的谱表示法,通过引入随机函数的降维思想,实现了在给定地震场景下的随机地震动降维模拟。数值算例表明,预测的样本在频谱、峰值、强震持时等方面均与实测记录保持一致,体现了本文方法良好的工程适用性。这为地震动目标地区提供较为合理的人工地震动数据以及工程结构的随机地震反应分析与可靠性评价奠定了基础。     

脉动风速功率谱与随机Fourier幅值谱的关系研究

功率谱密度函数是随机过程在频域内的重要特征量,但由于其本质上是平稳过程的频域数值特征,致使其很难全面反映原始随机过程的概率信息,这就需要从更本源的意义上考察随机过程。本文试图从Fourier随机函数的角度反映随机过程,将经典的功率谱密度函数中具有物理意义的可测变量看作随机变量,利用功率谱与Fourier幅值谱的关系,定义了随机Fourier幅值谱;以Davenport谱为例,证实当地面粗糙度服从对数正态分布、10m高度基本风速服从极值Ⅰ型分布时,可通过功率谱构造具有物理意义的随机Fourier幅值谱。通过实测风速Fourier谱与随机Fourier幅值谱的比较,证明随机Fourier幅值谱的概念具有合理性。     

考虑拦污栅-坝体相互作用的混凝土重力坝抗震安全性分析

对考虑拦污栅-坝体的动力相互作用的弹性连接和刚性连接的拦污栅-坝体以及不作耦联分析的拦污栅-坝体这三种不同模型结构形式的动力特性和动力响应进行了比较分析。研究发现,拦污栅的不同模型结构形式对大坝的抗震安全性分析有重要影响,考虑拦污栅-坝体的动力相互作用后,坝体损伤开裂的程度明显加大,坝顶的水平位移响应也明显提高。按《规范》规定的对拦污栅和坝体不作耦联分析的抗震计算方法,所得结果对坝体是偏于不安全的,而如考虑拦污栅-坝体之间的弹性连接,所得结果则是偏于安全的。     

近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。     

汶川地震震损水库土坝动力反应与几何坝形的经验关系

在5·12汶川地震后的四川省水库土坝震害调查成果的基础上,选取汶川地震中受损的有完整资料的96座水库土坝为研究对象,应用等效线性模型对土坝进行了二维动力反应分析。选择3条有代表性的汶川地震实测记录,以三水准峰值加速度输入,得到土坝的动力反应(放大系数、最大动剪应力)与土坝几何形状(宽高比、上游坡比、坝高)间的经验关系。结果表明,土坝放大系数和最大动剪应力随着宽高比和上游坡比的增大而减小,随着坝高的增大而增大;输入波的频谱和峰值强度均对土坝动力反应与其几何形状的经验关系有重要影响。     

平稳地震地面运动改进金井清谱的相关函数模型

胡聿贤平稳地震地面运动谱模型是对Kanai-Tajimi模型的一种改进。通过数学推导证明胡聿贤谱是将基岩地震动模拟为过滤白谱过程,经具有某种特性的线性单自由度土层滤波后而形成的,从而在物理上解释了胡聿贤模型的合理性;研究了低频截止频率的作用,推导出胡聿贤模型的相关函数的表达式。本文所得结果可为结构随机地震反应时域分析提供基础。     

土石坝震损机理及震害影响因素研究

汶川8.0级地震造成主震区四川省境内1997座水库的坝体、溢洪道、输水管、管理房等水利设施不同程度的损毁,不仅无法实现水利功能,而且面临洪水威胁.汶川地震中土石坝典型震害包括裂缝、滑坡、渗漏以及坝体沉陷等.在调查主震区土石坝地震损毁特点的基础上,分析了均质土坝、面板堆石坝、心墙坝等坝型主要震害产生的原因,阐述了影响土石坝震害程度的诸多因素及其作用方式,控制性因素主要有外部因素如场地类别、地震动参数,坝体内部因素如坝料特性、坝型及坝高、坝坡坡率等.