降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。     

基于HHT的地震作用下基覆型边坡坍塌特性研究

以川藏铁路沿线位于理塘-德巫断裂带附近的典型基覆型边坡为原型,基于相似准则,按与原型相似比1∶10设计模型,进行汶川卧龙地震波、Kobe地震波、El Centro地震波作用下边坡地震坍塌试验,利用位移响应及加速度的HHT (Hilbert-Huang Transform)谱进行边坡在地震作用下的变形和破坏特征研究。结果表明:边坡坍塌过程可分为稳定振动、裂缝扩张和坍塌破坏3个阶段;稳定振动阶段边坡内力可抵消大部分地震动能量,土体内部出现少量弹性位移,不同地震波类型造成的边坡HHT谱幅值有明显差异,且主要为低频振动;裂缝扩张阶段边坡坡面出现碎屑流,土体产生明显塑性变形;坍塌破坏阶段边坡坍塌为局部效应,坍塌相邻区域的HHT谱幅值在时域上分布较大,坍塌时伴随出现软弱夹层面的滑坡,坡面位移大小与不同地震波作用下的HHT谱幅值大小保持对应。     

高山峡谷区某顺层边坡地质特征及稳定性研究

某特大桥左岸支沟侧为顺层边坡，其稳定性是大桥建设的基础。采用地质调绘、钻探、硐探、钻孔全景摄像等手段查清边坡地质特征，通过工程地质和赤平投影分析初步判定边坡破坏形式，利用FLAC、UDEC、3DEC软件模拟分析边坡岩体的变形破坏规律，采用极限平衡法计算分析边坡、危岩体及堆积体的稳定性。研究结果表明：二级斜坡、三级斜坡分为基岩裸露区和深厚堆积体区2个区段，潜在破坏模式为平面滑动破坏及楔形滑动破坏；边坡整体处于稳定状态，强降雨+地震工况下，高为15,20 m的楔形体可能沿坡面及陡崖方向发生滑动破坏，二级斜坡顶部危岩体可能发生失稳、底部堆积体处于欠稳定状态；建议基础埋置于稳定的完整岩体一定深度，强化桥基岩体和锚碇围岩的加固处理，并加强抗震和边坡防护设计。     

岗子上隧道口冰水堆积体边坡开挖支护措施研究

冰水堆积体在我国西南地区的金沙江、澜沧江、大渡河流域沿岸广泛分布,在此区域修建构筑物须考虑冰水堆积体的稳定性。本文以岗子上隧道口冰水堆积体边坡为例,采用有限元软件分析了边坡开挖支护过程中的应力应变特征。结果显示:工程开挖将致使基覆界面处应变明显增加,若无支护,高程850~910 m段边坡体将从环湖公路沿应变集中带在开挖形成的前缘临空位置剪出;施加抗滑桩+锚杆支护措施之后,剪切破坏面的方向在与抗滑桩接触面附近发生明显偏转,有效地控制住了坡体的变形,保证了边坡的稳定。     

地震工况下铁路路基边坡极限状态法设计研究

当前铁路路基设计理论正处于容许应力法向极限状态法转轨中,《铁路路基极限状态法设计暂行规范》(Q/CR9127—2015)针对路基边坡稳定性,仅提出了持久设计工况下的边坡稳定性的极限状态设计表达式及其分项系数,而对地震设计工况下规范没有给出相应的内容。在考虑地震力的条件下,提出地震设计工况下路基边坡稳定性分析公式,引入地震作用效应及其分项系数,通过对地震设计工况下路基边坡极限状态法与容许应力法对比分析,得出地震工况下路堤和路堑边坡各自的极限状态法分项系数优化幅度,为相应规范的修编提供参考。     

基于IDA方法的地铁车辆基地TOD开发全框支剪力墙结构抗震性能评估

全框支剪力墙结构因上部塔楼剪力墙完全不落地而存在竖向构件不连续、刚度突变、大底盘多塔等不规则项，为综合有效评估此种超限结构的抗震性能，基于增量动力分析(IDA)方法得到不同地震烈度下结构最大层间位移角分布情况，并将结构性能水准划分5个等级，最终分析其地震易损性和损伤风险性。研究结果表明，结构随地震动峰值加速度(PGA)增大逐渐屈服并最终倒塌，不同地震记录时结构IDA曲线具有明显离散性；结构在7度多遇地震作用下处于正常使用性能水准的概率为97.914%,罕遇地震作用下结构倒塌的概率仅为0.053%;生命安全和接近倒塌性能水准对应的PGA中位数分别为1.287g和1.411g,远高于预估罕遇地震PGA;结构正常使用、基本可用、修复可用和接近倒塌性能水准50年超越概率分别为4.89%、1.74%、0.112%和0.046%。综上所述，结构满足预设抗震性能目标，具有良好的抗震性能及抗倒塌能力。     

铁路连续刚构桥近断层地震响应分析研究

研究目的:近断层地震动的加速度峰值(PGA)、速度脉冲等特征与远场地震有较大差异,对桥梁结构的破坏力更大。因此,为获得铁路连续刚构桥在近断层地震作用下的响应特点与破坏形式,以指导川藏铁路等近断层铁路桥梁的设计,本文以川藏铁路采用的典型连续刚构桥为对象,利用FRAME(3D)软件建立全桥有限元分析模型,开展铁路连续刚构桥近断层地震响应分析与破坏形式研究。研究结论:(1)有能量脉冲的、长周期成分丰富的近断层地震动对桥梁结构的破坏较远场地震更严重;(2)桥墩损伤程度与PGV/PGA的关系明显,其比值越大,破坏越严重,可将PGV/PGA作为判断地震动是否对结构产生严重破坏的重要指标;近断层地震动中,PGV/PGA0.2 s出现的比例高,桥墩损伤严重;(3)连续刚构桥在地震作用下的损伤主要集中在墩底、墩顶或系梁部位;(4)近断层桥梁结构抗震中,既要考虑断层地震脉冲式大功率输入的因素,又要考虑高强低周疲劳效应的累积损伤;(5)本研究成果可为近断层铁路连续刚构桥的设计建造与抗震设防提供技术支撑。     

高烈度山区场地非线性效应对连续刚构桥地震响应的影响分析

为了研究高烈度山区地震场地非线性效应及其对连续刚构桥地震响应的影响,选取具有代表性的20条地震波,基于土层分析软件Deepsoil和通用有限元软件ANSYS,计算分析等效线性和非线性两种模型的场地效应和桥梁结构地震响应。结果表明:(1)考虑非线性模型时地表PGA放大系数比等效线性模型时更大,且土层越柔软,非线性模型下的地表PGA放大系数越大。小震、大震作用下的放大系数依次为1.5~3.5、1.3~1.7,呈减小趋势。(2)随着地震动强度增大,两种模型得出的土层峰值加速度随土层深度变化趋势逐渐出现差异,且非线性整体大于等效线性。在大震作用下,非线性约为等效线性的1.36倍;在软弱土层处更明显,约为1.54倍。(3)小震作用下,两种模型计算得出的地表加速度反应谱接近,呈现一致的变化规律。大震作用下,非线性模型得出的反应谱起伏变宽,峰值变大。(4)非线性得出的桥墩底剪力和弯矩均方根值约为等效线性的1.37倍,因此采用非线性模型考虑场地效应对结构响应影响较大。     

地震作用下含岩桥边坡系统可靠性分析

对于岩质边坡而言,节理面是边坡的失稳潜在影响因素.在地震作用下,地震所产生的附加力会进一步影响边坡的稳定性.基于平面岩质边坡模型,研究其在地震作用下的稳定性,并对其系统可靠性进行评估.采用极限平衡法推导平面型岩质边坡安全系数的计算公式,并利用拉丁超立方体抽样(LHS)方法估算其可靠性.以此确定不同的破坏模式对系统可靠性指标的影响程度,并分析不同的参数以及张拉裂缝位置对平面型岩质边坡可靠性的影响.研究结果表明:在系统可靠性评估过程中,LHS方法有着较高的计算效率.平面型岩质边坡各种破坏模式对系统可靠性的影响程度有所差异.张拉裂缝位于坡顶时其倾角以及水平地震因子对系统可靠性指标的影响均较为显著.边坡破坏概率随着块体裂隙连通率的增大而显著增加.     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

堆积体边坡及危岩体稳定性分析

以小三峡隧道中硐河万州岸上危岩体和堆积体边坡为研究对象,运用Rockfall软件、FLAC 3D软件对边坡稳定性进行模拟分析。结果表明:若危岩体失稳,落石将对该区域的线路工程造成严重影响;堆积体边坡在天然无降雨工况下处于稳定状态,但在强度折减法分析临界状态下,堆积体与边坡基岩交界处有明显的剪应变增量带,很有可能形成滑动破坏带;小三峡隧道不宜以明洞的方式通过中硐河河谷。     

考虑荷载相互作用的非线性时变疲劳可靠性分析

针对传统非线性疲劳损伤模型未考虑多级荷载间相互作用导致计算精度下降的问题,在Manson-Halford疲劳损伤模型基础上,通过引入与荷载水平相关的指数项考虑荷载相互作用,提出多级荷载作用下非线性疲劳损伤累积的改进模型;构建结构疲劳极限状态函数,并基于概率密度演化理论提出考虑非线性疲劳累积损伤的动态可靠度分析方法;采用...     

基于IDA的铁路超高墩地震易损性分析

为探究铁路超高墩结构的抗震性能并对其在双向水平地震作用下的易损性进行评估,以西部山区某高速铁路超高墩结构为研究对象,根据结构自身动力特性,以材料应变状态对应的截面曲率作为损伤指标,描述其不同的损伤破坏状态并确定不同损伤状态所对应的指标限值。基于IDA方法,从PEER数据库中选取10组远场地震动作为双向地震动输入样本,以ANSYS为平台建立超高墩有限元模型进行非线性动力时程分析,得到不同强度地震动对应的结构地震响应。结合能力需求比的对数回归分析,建立超高墩各控制截面的概率地震需求模型对其易损性进行评估,并采用一阶界限法计算超高墩整体损伤概率并建立易损性曲线。结果表明：H形双柱式薄壁空心超高墩在强震作用下各部位均会发生一定程度的损伤,其中墩底部位损伤最为严重,在PGA为1.0g时墩底部位轻微损伤、中等损伤和完全损伤的超越概率分别为98.71%、96.92%和36.02%;结构完全损伤概率较小,满足三水准抗震设防要求并具有良好的抗倒塌能力;易损性分析能够准确地反映超高墩的真实抗震性能,为实际工程中既有超高墩的震后损伤加固或新墩设计提供理论依据。     

基于IDA分析法的公路隧道衬砌抗震性能分析

为合理评估地震作用下公路隧道衬砌损伤程度,以实际隧道震害资料及现有隧道损伤评价方法为基础,给出隧道衬砌性能指标并建立隧道衬砌损伤评价体系,采用IDA分析法全面讨论不同地震作用及地震动强度参数对于隧道衬砌地震响应的影响规律,通过易损性理论分析隧道衬砌在不同强度地震作用下超越不同性能水准的概率。结果表明:当设防烈度为6度时,小震作用下隧道损伤超越4个性能水准的概率均为0;中震作用下隧道损伤超越性能水准Ⅰ的概率为30.12%;大震作用下隧道损伤超越性能水准Ⅱ的概率为36.56%。IDA分析法作为一种有效的分析方法,能够较好地评估公路隧道衬砌的抗震性能。     

地震效应和孔隙水压力对边坡稳定性影响的上限分析

以极限分析上限定理为基础,在考虑孔隙水压力、竖向和水平地震作用影响下对边坡进行稳定性分析,推导出边坡在孔隙水压力和地震力共同作用下的边坡临界高度和边坡稳定性安全系数的表达式,并采用序列二次归化法对所得公式进行优化计算,与其他已有的研究结果对比验证该方法的正确性。对影响边坡稳定性的一些因素进行分析,研究结果表明:随着孔隙水压力、地震效应影响系数的增加,边坡稳定安全系数和潜在滑裂面均变化明显。     

函数型摩擦系数对轮轨滚动接触行为的影响分析

为研究函数型摩擦系数对轮轨滚动接触行为的影响,建立三维轮轨高速滚动接触有限元模型,针对钢轨表面平顺和存在波磨两种工况,通过与库伦摩擦模型的结果对比,详细分析函数型摩擦系数对轮轨力、黏滑分布和接触区域滚动接触应力等接触行为的影响,为进一步研究轮轨材料的损伤机制提供依据。研究发现:(1)无论钢轨表面平顺还是存在波磨,函数型摩擦系数均不会影响法向接触解;(2)函数型摩擦系数会显著影响切向应力的分布,进而影响von Mises等效应力的幅值;(3)基于安定理论,非稳态滚动条件下,相比库伦型摩擦系数,函数型摩擦系数使轮轨表面材料更易遭受疲劳破坏。     

近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究

为分析近场地震作用下的铁路减震桥梁顺桥向地震响应特性,用远场地震叠加三角函数型速度脉冲的方法模拟近场地震波,根据结构的弹塑性地震响应计算结果研究速度脉冲的波形、出现位置、脉冲时间对结构地震破坏的影响。结果表明:近场地震作用下铁路减震桥梁的减震效果降低,且支座的地震位移显著增大;速度脉冲波形、脉冲波发生时刻以及脉冲持续时间对桥梁地震响应有较大的影响;结构地震响应的最大值与地震波的SI值有较强的相关性,但与PGV/PGA值的相关性不明显;考虑限位装置地震碰撞效应以后,虽然支座地震位移得到了控制,但带来墩底剪力显著增大的问题;缓冲措施可以减小因碰撞引起的墩底剪力。     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的：地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁结构由于基础间间距较大，进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响。目前，国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见。该文基于大型有限元分析软件MIDAS／CIVIL计算平台，较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异，分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应，对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论。研究结论：在一定的相位差范围内，考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时，结构的内力与位移均呈周期性变化，并且变化周期与桥梁自振周期基本一致。同时，行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响。     

铁路简支梁桥三维地震易损性分析

为了评估铁路简支梁桥在近场地震作用下的抗震性能,基于OpenSEES平台建立铁路典型5跨简支梁桥的易损性分析模型。从PEER数据库选取100条地震波作为三维地震动输入样本进行非线性动力时程分析,获得不同地震输入角度对应的桥梁地震响应数据。根据桥墩弯曲破坏和支座变形破坏的损伤状态方程确定相应的损伤指标。基于结构可靠度理论,建立桥梁三维易损性分析方法,从而获得了桥墩和支座构件的三维易损性云图。由云图可以得到:桥墩和支座均在顺桥向和横桥向输入方向上最容易发生损伤。研究结果表明:在近场地震作用下,铁路简支梁桥的易损性与地震动的输入角度密切相关;桥墩和支座的易损性随地震动输入角度的变化规律具有明显的区别。基于三维易损性云图,可以给铁路简支梁桥的抗震设计和震后损伤识别提供理论依据。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道层间关键构件的地震响应规律及参数影响分析

以考虑两侧引桥与路基的高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道-连续梁桥系统(HBBSS)为例,研究轨道系统中各关键构件的地震响应规律及参数影响分析,基于有限元方法建立HBBSS地震分析模型,分析HBBSS中各关键构件的地震响应规律以及刚度变化对HBBSS地震响应的影响分析。结果表明:HBBSS中各关键构件的地震损伤顺序依次为滑动层、CA砂浆和剪切钢筋;剪力齿槽和扣件在设计标准规定的设防烈度下难以损伤; CA砂浆、滑动层及剪切钢筋是HBBSS地震响应的重要影响因素,在抗震设计中应加以关注。