潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

高速公路碎石桩复合地基加固数值模拟

通过数值模拟分析了高速公路碎石桩复合地基在桩体施工、路堤填筑、运行期全过程和地震动荷载等作用下的受力问题。计算结果表明:碎石桩在路堤的填筑和运行期中起到明显的排水固结作用,当桩长大于6m后复合地基中的孔压最大值变化较缓慢;在桩长大于10m后路堤底面的沉降量和坡脚的水平位移量变化均会较小。地震荷载作用下路堤顶部的水平向加速度峰值较底面更大;在碎石桩加固范围内,复合地基的水平刚度大于天然地基,而在整个地基内,复合地基的竖向刚度均大于天然地基,在地基刚度较大的情况下位移最大值较大;天然地基在路堤坡脚下方、路堤边坡等位置较易发生液化,经过碎石桩加固后降低了地基液化的可能性。     

水平地震荷载作用下斜坡路基动力稳定性分析

西南山区的道路普遍穿越高烈度地震区域,地震荷载作用下路基结构的动力稳定性问题必须引起重视。笔者运用GEO-SLOPE软件中的SLOPE/W模块和QUAKE/W模块,采用动力有限元法,系统地分析了斜坡路基结构在水平地震荷载作用下的动力稳定性,总结了路堤填筑高度、地面横坡、地震烈度、软弱夹层厚度4个参数对斜坡路基结构动力稳定性的影响。     

红层软岩路堤地震动力响应规律研究

应用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,以路堤上各观测点的加速度峰值作为响应指标,研究云南红层地区路堤边坡在地震作用下的动态响应规律。结果表明,路堤动力响应效果随坡度的减缓而减小,随地震波入射角的增大而减小;路堤高度对路堤动力响应的影响较复杂,其影响比坡度及地震波入射角两个因素更强烈;并据此提出了该地区路堤坡度及坡高的建议取值及路堤与地震波入射方向的相对角度。     

高路堤边坡地震稳定动力放大系数的计算分析

在采用拟静力法分析计算公路路堤抗震稳定的作用效应和抗力时,在89规范中没有考虑地震加速度动力放大系数的影响,现新规范中要计入其影响。本论文采用动力有限元计算分析理论,输入美国的EL Centro地震波和按规范反应谱拟合的人工波对高填土路堤的地震稳定性进行分析计算。对地震动峰值加速度沿路堤各高度放大系数的取值进行研究探讨,以确定在拟静力分析法中计入其影响。     

风积沙路堤地震动荷载作用下动力响应及其频谱特性分析

为了研究风积沙路堤在地震动荷载下的动力响应及其频谱特性,设计和制作了模型路堤并进行振动台试验,借助在模型路堤中预先埋设的加速度传感器测得的数据,进行风积沙路堤的地震动力响应分析。研究结果发现路堤的滤波作用较为显著,先期震动强度和次数对风积沙路堤的动力响应特性有规律性的影响,另外随着加载的动荷载强度的增大,风积沙路堤对输入地震波的加速度放大倍数呈非线性的减小。得出结论:风积沙路堤的阻尼比、自震频率、动模量等参数在动荷载作用下呈现出规律性的变化,而这也是风积沙路堤的动力响应呈现规律性变化的原因。     

高填土路堤边坡地震动力分布系数探讨

对于25m以下的路堤边坡,公路工程抗震设计规范规定了其在地震作用下边坡设计的综合地震影响系数的取值。针对目前公路路堤边坡不断增高的趋势,对25m以上的高路堤边坡进行地震作用下的稳定性分析,并对计算结果进行分析、汇总,探讨得出了高填土路堤边坡的地震动力放大系数公式。     

废旧轮胎加筋路堤边坡数值模拟计算分析

在前期振动台模型试验的基础上,通过FLAC~(3D)数值模拟计算对比分析,对地震作用下路堤边坡模型的加速度响应性能,废旧轮胎的加筋效果进行了探讨。结果表明,与素土边坡相比,废旧轮胎加筋可有效地阻隔地震力的传递,降低路堤边坡对地震加速度的放大效应和路堤边坡的位移响应,显著地减弱土体在地震作用下的破坏程度。在1/3坡高以后,加筋边坡加速度放大倍数都逐渐增大,且素土与加筋土加速度放大倍数差别开始变得显著,并在靠近路堤边坡顶部位置达到最大值。FLAC~(3D)数值模拟计算出来的轮胎加筋加速度放大倍数略小于振动台试验的结果。     

高烈度地震区冻土公路隧道结构动力特性研究

为揭示高烈度地震区冻土公路隧道震动特性,借助有限元软件分别研究了多年冻土隧道在全冻、1～10m融化圈以及季节性冻土隧道在全融、1～10m冻结圈状态下,围岩与结构地震加速度、位移等动力时程响应特性。结果表明:多年冻土隧道随着融化圈深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐增大。融化圈为1m时地震影响最小,与全冻结状态下相比,洞顶加速度减小约9%,洞顶位移减小约22%,即适当厚度的融化圈具有一定的减震作用;季节性冻土隧道随着冻结深度的增加,地表及洞顶的地震加速度、位移响应均逐渐减小。冻结深度为10m时,地表及洞顶加速度达到最小值,全融状态下,地表及洞顶加速度达到最大值。此外,全冻状态下地表及洞顶位移小于全融状态,即全冻状态下地震作用时,破坏作用较全融状态下小。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

地震荷载作用下黄土区地铁隧道动力特性研究

采用数值分析方法模拟典型的地震波作用下,黄土地区地铁隧道的动力反应,分析其加速度、动应力及动应变等随时间的变化特征。所得结论显示在典型的EL Centro地震波及不同超越概率的西安人工波的作用下,地铁隧道的加速度时程曲线与其激发的地震波加速度时程曲线线形一致且在反应期初的加速度较大;在大震作用下地下结构周围土体的变形会对结构的变形产生一定的影响;应力分析的结果表示剪切应力对结构的设计起到了一定的控制作用。     

桩锚结构的动力特性研究

在地震作用下桩锚之间相互作用，其受力关系复杂。运用FLAC3D有限差分软件建立数值模型，并施加简化后的汶川地震波，分析地震作用下桩锚支护边坡的位移、加速度、锚杆轴力响应等动力特性。结果表明:桩锚结构对边坡土体位移和边坡的稳定性具有良好的控制作用。     

不同频率地震波作用下的土质边坡动力响应研究

运用有限差分软件FLAC2D，通过改变正弦波的频率，研究边坡的位移、加速度和速度的动力响应。结果表明:坡体对地震波加速度有放大作用，随着竖直高度的增加或距离坡面距离的减小，放大效应愈加明显，且在坡顶处放大系数最大；在坡面中部，坡体对地震波速度有削弱作用，但在坡顶和坡脚处表现为放大作用，且速度最大值位于坡脚处。边坡在地震波持续作用下位移增大，且最大位移出现在坡脚处，当其达到临界状态时边坡失稳。当地震波频率逐渐增大，加速度峰值放大系数呈增大趋势，速度放大系数呈增大趋势，坡体位移呈减小趋势。     

公路路基截面参数对地震动力响应的影响分析

基于有限元软件,采用D-P材料模拟路基填土,加载汶川地震波,对公路路基路面结构进行弹塑性瞬态动力学分析。分析了不同路基填土高度、路基边坡坡率及路基宽度等参数影响下的路基顶面动力响应。在给定参数的情况下,相比于位移响应而言,路基顶部加速度响应由路基截面尺寸的变化引起的变化幅度较小。     

基于Newmark滑块位移法的堆积体边坡稳定性分析

针对堆积体边坡稳定问题,基于摩擦滑移结构的抗震机理,在动力时程响应分析时考虑土体抗剪强度在地震过程中的波动效应,在动强度的基础上将拟静力极限平衡分析与地震动力反应相结合,进而利用Newmark滑块位移法得到位移增量和累计滑动位移。计算结果表明,塑性滑动在滑动方向上的累计滑移量更符合实际工程。并根据地震Newmark位移与临界加速度两者之间存在较好的相关性,判别地震滑坡的危险度。     

凝灰岩类土质边坡地震动力响应分析

以凝灰岩类土质边坡为研究对象,采用数值模拟计算方法对边坡的地震动力响应进行了分析,讨论了泊松比、阻尼比参数取值变化对边坡动力响应的影响。结果表明:地震作用下,水平加速度在凝灰岩类土质边坡中的分布具有明显的折减效应,且随高度衰减;边坡稳定系数随地震时程波动变化,在某个瞬时会小于1.0,但一般不会造成边坡的整体失稳破坏;基于Newmark滑块分析原理的滑体永久位移只在平均加速度大于屈服加速度时才会产生,与持时无关;泊松比、阻尼比的取值变化不会改变坡体的加速度分布规律,但滑体永久位移会随泊松比的增大而增大,随阻尼比的增大而减小。     

基于振动台试验的桩板墙加固边坡抗震性能研究

以大型振动台模型试验为手段，以昆明市某边坡为原型，对地震作用下桩板式抗滑挡墙加固边坡的加速度、位移和动土压力响应的分布特征和变化规律进行研究。以大瑞人工波为研究对象输入地震波，设计相似比为1∶20的桩板墙加固边坡模型与自然边坡开展对比实验。研究表明:自然边坡在Ⅷ级地震烈度下，边坡体后缘产生大量张拉裂隙，后缘与母体脱空，具备滑坡的前兆特征，与自然边坡试验现象比较，桩板墙加固边坡的抗震稳定性较好，边坡在设防烈度（Ⅷ基本烈度）范围内保持稳定；当加载地震波峰值加速度相对较小时，水平加速度延高程有明显放大效应，会对自然边坡稳定性产生不利影响；当加速度相对较大时，有水平加速度延高程既出现放大现象也产生缩小现象；桩板墙加固后边坡对地震波的放大效应明显比自然边坡土体小，说明桩板墙能有效减弱边坡的震动效应；在地震动激励下，动土压力峰值随着加载地震波幅值的增大而增大，在同一加载工况下，离桩顶越远，动土压力峰值越大，桩板墙最大土压力出现在靠近桩板墙底的位置。试验结果有助于揭示该结构抗震机制，可为支挡结构的选取与桩板墙结构抗震设计提供依据。     

双级加筋土挡墙动力特性振动台试验（双语出版）

针对目前多级加筋土挡墙动力试验研究不足的状况,通过大型振动台模型试验对地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的动力特性进行研究。运用Bockingham π定理对双级土工格栅加筋土挡墙模型进行相似设计,采用标准砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成试验模型,并测试墙体和回填土的反应特性,得到土压力、墙面位移和土体加速度。试验结果表明：地震作用下挡墙立面墙体呈现倾斜并带有屈曲外鼓变形模式;挡墙水平位移、顶部沉降及分层沉降均随着地震峰值加速度增大而增大,最大值发生在挡墙顶部;随着输入地震荷载增大,砌块式挡墙缝隙中先出现淌砂,最后顶部模型砖掉落,挡墙破坏;加速度沿墙高存在放大效应,地震峰值加速度放大系数随着峰值加速度的增大而减小;下级挡墙峰值动土压力均呈现“中间大两端小”分布规律;上级挡墙峰值动土压力在小震时呈现“中间大两端小”,强震时呈现“中间小两端大”分布规律;台阶处下级挡墙顶部动土压力和水平位移均大于上级挡墙底部相应值。研究成果可为双级土工格栅加筋土挡墙的抗震设计提供理论支持。     

废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的抗震性能振动台试验

为了研究废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙在地震作用下的抗震性能，根据量纲分析理论中的Froude常数与相似比原理设计了土工格栅加筋挡土墙振动台试验模型，利用汶川地震近场什邡波（SF）和远场松潘波（SP）作为主要加载波形，以废弃钢渣为回填料，开展了土工格栅加筋钢渣挡墙的振动台模型试验。考虑地震强度的影响研究加筋挡土墙在不同地震波、不同地震强度下的墙体位移、水平加速度、回填料加速度、回填料表面竖向沉降以及土工格栅动应变等反应规律。为了将钢渣回填土工格栅加筋挡土墙的反应特性与传统砂土回填加筋挡土墙的反应特性作比较，开展了传统砂土回填土工格栅层的挡土墙抗震性能研究。试验结果表明：在不同加载强度下，远场SP波加载时的墙体加速度放大系数均大于近场SF波加载时墙体的加速度放大系数，挡土墙在加载远场SP波时比加载近场SF波时的反应更为激烈；在相同的地震波、地震强度下，通过对比钢渣和砂作为填料时的墙体和回填料的加速度、墙体变形和回填料沉降反应特征，得出质重且级配良好的钢渣作为加筋挡土墙回填料时，加筋墙体具有良好的抗震作用。在地震作用下，土工格栅应变峰值随墙高的分布情况为"上下小，中间大"，与静态下格栅应变规律一致。研究结果表明废弃钢渣回填土工格栅加筋挡土墙可以应用到工程实践中。