近海大气环境下RC框架结构时变地震易损性分析

由于近海大气环境中存在的氯离子会侵蚀RC框架结构,造成材料性能不断劣化,最终降低了RC框架结构的抗震性能。为研究近海大气环境下RC框架结构地震损伤风险变化规律,基于钢筋均匀锈蚀模型及混凝土开裂前后钢筋锈蚀速率的变化规律,提出了一种改进的钢筋锈蚀率概率模型,并构建材料性能劣化模型。在此基础上,根据解析易损性分析理论,建立考虑氯离子侵蚀的近海大气环境RC框架结构时变易损性分析方法,并构建典型结构,分析不同损伤状态下的时变易损性曲线,评估其时变易损性与损伤状态。研究结果表明：当地震动强度指标取值相同时,各损伤状态结构在服役龄期内的地震易损性呈现出非线性增大趋势,抗震性能不断退化;以易损性指数作为结构损伤指标时,按照我国规范设计的RC框架结构,在30 a服役龄期内能够满足我国三性能抗震设防水准。     

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。     

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。     

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。     

多类型地震动作用下高层结构的易损性分析

以低频成分为主的长周期地震动容易引起中、长周期结构的破坏,针对这类特殊的地震动,现行抗震规范没有相应的条文,且有关单独考虑长周期地震动作用下结构动力响应的研究成果很少。以一个30层框架剪力墙高层结构为例,利用Perform-3D三维有限元软件进行建模,选取10条远场长周期地震动、10条近场长周期地震动以及10条普通地震动,将最大层间位移角作为工程需求参数,S_a(T₁,5%)作为地震强度指标。基于增量动力分析方法对该结构进行动力时程分析,并定义了4个结构性能水平,然后统计不同地震强度下的结构需求,获取地震易损性曲线,最终对比评价了三类地震动作用下结构的易损性。     

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。     

高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析∗

为研究西部山区高地应力作用下深部硐室的稳定性问题,根据普氏压力拱理论,综合考虑深部硐室冒顶,片帮以及底鼓破坏,建立了高地应力下深部硐室底鼓破坏模式,基于极限分析上限法和非线性 Hoek?Brown 破坏准则,推导了该破坏模式下深部硐室的围岩压力理论公式,求解了该破坏模式下深部硐室围岩压力上限解,并将本文结果与数值模拟和已有成果进行对比分析。此外,通过该破坏模式研究了各参数对围岩压力和潜在破坏面的影响。结果表明：（1）随着初始地应力场参数中 σ_V和 λ 增大,深部地下硐室围岩压力 q 逐渐增大,硐室围岩潜在破坏面逐渐增大,其中 σ_V表现尤为显著;（2） Hoek?Brown 破坏准则参数中 GSI、σ_ci和 m_i的增大对深部硐室围岩稳定性有明显的提高效应,而 D 增加则会降低硐室围岩的稳定性;（3）随着底部压力相关系数 μ 增加,深部地下硐室顶板和两帮的围岩压力表现为减小的趋势。研究成果可为深部硐室的支护设计提拱有效的理论支撑。     

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。     

2021年江苏盐城海域MS5.3地震震源机制中心解及基于震源机制的区域应力场反演∗

2021 年 11 月 17 日江苏盐城近海区域发生 M_S5.3 地震，该地震的发震机制及其原因引起地球科学家的广泛关注，为分析地震发生的原因，本次地震的震源机制解和区域应力场的精确确定是必要的。本研究综合多种机构的震源机制解数据确定了可信的震源机制中心解。为保证震源区域应力场求解的精度，本文搜集了地震周围 2016 年以前的历史震源机制解数据，并利用地震观测报告，得到 22 个 2016 年之后地震的震源机制解，使用结合后的震源机制解数据求解了江苏盐城海域 M_S5.3 地震周围的应力场。最终结果为：江苏盐城海域 M_S5.3 地震的震源机制中心解节面 I 走向 104.95°，倾角 70.91°，滑动角 26.45°，节面 II 走向 5.70°，倾角 65.11°，滑动角 158.86°；研究区域的主压应力呈 ENE‐WSW 向分布，主张应力呈 NWN‐SES 向分布。将应力场投影到震源机制中心解节面上，发现两个节面均处于相对剪应力很高的水平，说明此次地震是在构造应力场作用下发生在剪应力最大释放节面上的地震，是应力积累后的一次正常释放，周边再次发生大地震的可能性减小。考虑到应力场投影到节面 II 的相对剪切应力较节面 I大，并且节面 II与苏北—滨海断裂走向更为接近，确定节面 II为本次地震的发震断层面。     

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。