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地下结构地震响应分析的高效混合模拟方法

岩土工程学报 2024年第1期46卷 45-53页

作者：禹海涛王治坤同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系... 详细信息

数值模拟是地下结构抗震分析的重要手段之一,然而地震动输入及边界效应、模型尺度规模等因素均会影响数值模拟的计算精度和效率,并且存在计算尺度、计算时间、计算精度之间的矛盾,因此如何高效、精确地模拟地下结构与地层相互作用体系的地震响应仍是亟待解决的关键问题。基于区域缩减法(DRM)将边界元和有限元相融合的核心思想,旨在建立能够合理模拟地下结构-地层系统地震响应特征的高效混合分析方法。首先将地下结构-地层整体模型划分为近场地层-结构内域子模型和远场地层外域子模型,通过构造重合节点保证内域-外域耦合边界处的位移连续性;其次,基于边界元求解外域自由场或地形影响下的非自由场地震动特征,并采用DRM构造矩阵方程将外域动力响应转化为等效地震荷载,可以在保证地震动合理输入的前提下极大地缩减外域模型尺寸,进而实现对内域中地下结构地震响应的快速参数化分析;最后,设计了两组典型算例以检验该方法的可靠性和高效性。结果表明:对于无地形影响下的双线隧道地震响应模拟,通过与远置边界参考解对比验证了方法的有效性;对于受地形条件影响下的双线隧道地震响应模拟,本方法在保证精度要求的基础上极大缩减了包括地形在内的外域模型范围,相比远置边界法和传统黏弹性法,可使计算模型尺度分别缩减97%和83%,计算时间减少72%和58%。此外,该方法还可推广到斜入射地震动作用下地下结构的动力响应分析。

关键词：地下结构混合方法区域缩减法非自由场地震输入

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圆形河谷地形效应振动台模型试验研究

岩土工程学报 2024年第5期46卷 1102-1111页

作者：张中杰禹海涛宋毅刘书王治坤上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

河谷作为一种局部不规则地形,会改变局部场地范围内的地震动特性,通常称之为地形效应,这一现象已经被大量地震动观测和震害记录所证实。目前关于河谷地形效应的研究多集中于解析解和数值方法,但缺乏试验数据的支撑。建立了考虑河谷地形... 详细信息

河谷作为一种局部不规则地形,会改变局部场地范围内的地震动特性,通常称之为地形效应,这一现象已经被大量地震动观测和震害记录所证实。目前关于河谷地形效应的研究多集中于解析解和数值方法,但缺乏试验数据的支撑。建立了考虑河谷地形效应的自由场振动台模型试验方法,开展了多工况自由场河谷地形效应的振动台模型试验研究。试验设计了3组宽深比分别为8︰1,4︰1,3︰1的圆弧形河谷地形,并以平整场地条件下的自由场试验作为参照,对比分析了河谷场地的地形效应,并探明了不同地形条件对自由场河谷地形效应的影响规律。试验结果表明:河谷地形效应会引起局部非平整场地范围内地表加速度响应的普遍放大,且以谷顶位置处的地震动放大效应最为显著,谷内加速度响应则表现为从谷底到谷顶逐渐增大的分布趋势;随着入射波频率的增加,河谷地形引起的地表加速度放大效应更加显著;而随着河谷地形深宽比的增加,地震动放大效应将逐渐增强。研究成果可为河谷地形条件下基础设施结构的抗震安全性分析提供科学依据。

关键词：振动台试验圆弧形河谷地形效应加速度响应

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近河谷地铁车站振动台模型试验研究

岩土工程学报 2024年第9期46卷 1800-1808页

作者：禹海涛王治坤张中杰宋毅同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125

近年来沿海沿江城市建设涌现出大量紧邻河谷地形修建的地铁车站,由于河谷地形具有地震动放大效应,会对近河谷结构抗震安全性构成威胁,但目前关于河谷地形效应对近邻结构的影响机制尚不清晰。提出了近河谷地铁车站1g振动台模型试验方法,... 详细信息

近年来沿海沿江城市建设涌现出大量紧邻河谷地形修建的地铁车站,由于河谷地形具有地震动放大效应,会对近河谷结构抗震安全性构成威胁,但目前关于河谷地形效应对近邻结构的影响机制尚不清晰。提出了近河谷地铁车站1g振动台模型试验方法,分别设计了3组深宽比为1/8,1/4和1/3的圆弧形河谷地形,开展了不同地形、不同地震动输入条件下的近河谷地铁车站振动台模型试验研究,并以平整场地条件(无地形效应)下的地铁车站振动台试验工况为参照,对比分析了河谷地形效应对车站结构地震响应的影响规律。试验结果表明:与平整场地车站结构响应相比,在水平横向地震动作用下近河谷车站结构的动力响应较大,尤其是近河谷车站顶板处的加速度放大效应高达1.27倍;受河谷地形效应影响,车站中柱弯矩显著增加,而且邻近河谷侧的车站侧墙弯矩放大更为明显,即与平整场地相比放大效应可达2.3倍,同时该侧墙顶部的动土压力峰值也显著增强;随着河谷地形深宽比的增加,地形引起的局部地震动放大效应逐渐增加,导致近河谷车站结构的地震响应更为显著。研究成果可为近河谷地形地铁车站结构的抗震设计和安全性评估提供科学依据。

关键词：地铁车站地震响应振动台试验河谷地形效应

考虑破碎带节理分布特征的隧道开挖诱发近断层错动随机性分析

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 746-754页

作者：禹海涛李婷婷陈志伟闫晓同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125

隧道开挖往往会引起邻近断层错动,并进一步诱发岩爆、地震等灾害。然而,断层破碎带内部岩体物理力学特征复杂,不仅表现出非连续性、非线性和各向异性,还存在节理随机分布特征,隧道开挖诱发近断层错动机制仍不清晰。基于连续-离散耦合分... 详细信息

隧道开挖往往会引起邻近断层错动,并进一步诱发岩爆、地震等灾害。然而,断层破碎带内部岩体物理力学特征复杂,不仅表现出非连续性、非线性和各向异性,还存在节理随机分布特征,隧道开挖诱发近断层错动机制仍不清晰。基于连续-离散耦合分析方法建立了含断层工程场地多尺度力学模型,采用基于离散单元法的人工合成岩体模型模拟断层破碎带,采用有限差分法描述断层上、下盘及内部隧道开挖影响下的宏观动力特征。开展了近断层隧道开挖多因素模拟,探究了断层岩体节理随机分布特征对近断层隧道开挖的影响规律。分析结果表明:破碎带内部节理随机性对隧道开挖诱发近断层错动影响显著;节理倾角均值越接近断层倾角,隧道开挖导致的近断层错动量越大;正交试验情况下,断层节理倾角方差对最终错动量均值大小影响较小;节理长度的均值和方差越大,断层破碎带越容易发生错动;节理密度越大,破碎带介质越破碎,断层带整体的强度和刚度越低,抵抗错动的能力也越弱。通过对比分析得出节理分布特征参数对断层错动量均值影响程度的排序分布:节理密度>节理倾角均值>节理长度均值>节理长度标准差>节理倾角标准差;且当显著性水平为0.05时,节理密度对断层错动量的影响达到显著水平(p<0.05)。

关键词：断层错动多尺度耦合随机性隧道开挖

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沉管隧道新型剪力杆组合结构的抗剪应用研究

中国公路学报 2024年第3期37卷 356-370页

作者：叶亮陈鸿禹海涛陈正杰张巍张乐乐广州地铁设计研究院股份有限公司广东广州510010 上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海200235 同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 碧桂园控股有限公司广东佛山528312 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200082

为了提高节段接头施工效率和沉管隧道预制化水平,改善现有节段接头连接方案存在的接头截面利用率低、中埋式止水带安装困难、工效低和剪力键浇筑质量差等突出问题,提出以新型钢剪力杆组合结构替代传统剪力键的节段接头连接方案。通过开... 详细信息

为了提高节段接头施工效率和沉管隧道预制化水平,改善现有节段接头连接方案存在的接头截面利用率低、中埋式止水带安装困难、工效低和剪力键浇筑质量差等突出问题,提出以新型钢剪力杆组合结构替代传统剪力键的节段接头连接方案。通过开展剪力杆组合结构单杆、多杆剪切试验,测量剪切荷载、接头相对错动、钢套筒应变和钢筋应力,研究其抗剪性能。以大连湾海底沉管隧道工程为依托,基于材料塑性损伤本构模型,考虑节段接头的细部构造,根据剪力杆组合结构剪切试验对数值仿真方法的有效性进行验证。利用数值模拟研究了节段接头水平向、竖直向剪切,绕横轴、竖轴弯曲的变形规律和破坏特征,进一步建立三维仿真模型,研究剪力杆组合结构在大连湾海底沉管隧道工程中的工作情况。研究结果表明:剪力杆组合结构的失效由剪力杆的剪断破坏控制,破坏延性特征明显。剪力杆破坏荷载-位移关系可以分为弹性、塑性加强和塑性破坏3个阶段。接头存在间隙时,剪力杆组合结构破坏屈服特征明显。剪切试验数值结果与现场试验结果吻合良好。节段接头数值试验揭示,在剪切、弯曲作用下接头破坏过程较为复杂,且均呈现出阶段性特征。基于接头损伤分析,提出了节段接头位移安全评价指标。对控制工况下的三维全长数值模型的节段接头计算位移指标进行安全评价,评价结果显示,剪力杆组合结构适用于大连湾海底沉管隧道工程并具有良好的经济性。

关键词：隧道工程沉管隧道剪切试验抗剪性能剪力杆节段接头剪力键

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穿活动断裂带隧道抗错动易损性分析方法

岩土工程学报 2024年第10期46卷 2060-2068页

作者：禹海涛许桦霖卫一博同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092

活动断层错动作用是导致穿断层隧道结构破坏的主要因素,因此评估穿断层隧道结构的抗错动性能对于隧道抗震设计至关重要,然而目前研究尚缺乏针对穿断裂带隧道结构抗错动性能的评估方法。为此,提出了一种面向穿活动断裂带隧道结构抗错动... 详细信息

活动断层错动作用是导致穿断层隧道结构破坏的主要因素,因此评估穿断层隧道结构的抗错动性能对于隧道抗震设计至关重要,然而目前研究尚缺乏针对穿断裂带隧道结构抗错动性能的评估方法。为此,提出了一种面向穿活动断裂带隧道结构抗错动性能评估的易损性分析方法。首先,基于概率断层位错危险分析(PFDHA)推导隧址区断层位错超越概率计算公式;其次,建立围岩-断层-隧道相互作用体系的有限元分析模型,并选定易损性分析指标,采用拟静力弹塑性分析方法得到隧道损伤与断层位错量之间的量化关系;最后采用隧址区断层位错超越概率计算公式计算出任意给定地震动水准条件下穿活动断裂带隧道结构的抗错动易损性。以某穿活动走滑断层隧道为例,依据所建立的易损性评估方法开展影响因素分析,探究了断层倾角对隧道结构抗错动性能的影响规律,结果表明:断层倾角越小,穿断层处隧道结构的易损性越小,且上盘侧隧道衬砌易损性显著高于下盘;隧道易损性对5~8级矩震级的变化更为敏感;隧道选线沿着近破裂带端部穿越可显著降低隧道结构的受损概率。该方法可以定量描述穿断层隧道在给定地震动强度下的易损性程度,可为穿活动断裂带隧道结构抗震设计与抗错动性能评估提供科学依据和分析手段。

关键词：穿断层隧道活动断裂带易损性地震响应 PFDHA

新文科视域下消防指挥专业虚拟仿真实验教学改革研究

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中国人民警察大学学报 2024年第6期40卷 86-91页

作者：张禹海中国人民警察大学救援指挥学院河北廊坊065000

新文科建设对消防指挥专业教学提出更高要求,虚拟仿真实验教学项目能借助现代化信息技术推动消防指挥专业教学改革。中国人民警察大学救援指挥学院以消防指挥专业为试点,开展虚拟仿真实验教学的必要性和实用性分析,在情景—构建式理论... 详细信息

新文科建设对消防指挥专业教学提出更高要求,虚拟仿真实验教学项目能借助现代化信息技术推动消防指挥专业教学改革。中国人民警察大学救援指挥学院以消防指挥专业为试点,开展虚拟仿真实验教学的必要性和实用性分析,在情景—构建式理论与虚拟现实技术相结合的基础上,开发设计“高层居民住宅楼初期火灾险情设计与处置虚拟仿真实验”并探讨该项目所取得的教学效果,从专业课程体系优化、高水平教学团队打造、促进交流合作三个方面提出加强虚拟仿真实验教学资源建设与共享的对策。

关键词：新文科消防指挥虚拟仿真教学改革

基于小扰动频率量测数据的电网节点惯量分布评估方法

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电力系统自动化 2024年第13期48卷 50-59页

作者：李勇常樊睿彭衍建高酉松周年光禹海峰输变电新技术教育部工程研究中心(湖南大学) 湖南省长沙市410082 云南电网有限责任公司电力调度控制中心云南省昆明市650011 国网湖南省电力有限公司经济技术研究院湖南省长沙市410004

惯量在电力系统抵抗扰动中起到关键作用。随着新能源渗透率的提升,电力系统中低惯量与惯量时空分布不均的特征日益凸显,准确评估电网节点惯量分布具有重要意义。为此,文中提出一种基于小扰动频率量测数据的节点惯量分布评估方法。首先,... 详细信息

惯量在电力系统抵抗扰动中起到关键作用。随着新能源渗透率的提升,电力系统中低惯量与惯量时空分布不均的特征日益凸显,准确评估电网节点惯量分布具有重要意义。为此,文中提出一种基于小扰动频率量测数据的节点惯量分布评估方法。首先,分析了频率与惯量的数学耦合机理,揭示了新型电力系统惯量分布特征。然后,根据单次小扰动下的频率量测数据与系统电源参数,分别提出了考虑各节点频率相较于系统中心频率变化水平偏差的节点等效惯量定义方法,以及基于自适应阶数多项式拟合的节点频率变化率计算方法,两层方法相结合即可计算出单次小扰动下的节点等效惯量。进一步,鉴于单次小扰动下求出的节点等效惯量具有一定的随机误差,提出考虑多次扰动事件评估结果的动态聚合策略,形成适用于新型电力系统的节点等效惯量分布评估方法。最后,分别以IEEE 39节点系统、中国某省级电网为例验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法所需数据量少,仅需各节点同步相量测量单元采集的频率量测数据即可实现对电网惯量分布的有效评估,评估结果准确性高且时效性强。

关键词：惯量评估频率量测数据小扰动节点等效惯量自适应拟合

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企业社会责任行为对消费者忠诚度的影响

中国市场 2024年第18期 113-117页

作者：禹海慧湖南商务职业技术学院经济贸易学院湖南长沙410205

企业社会责任行为从利益相关者驱动转向价值驱动,对消费者的决策形成价值动因,从而影响消费者的态度忠诚与行为忠诚。文章从宏观与微观两个层面构建积极企业社会责任行为的九个维度,提炼典型的企业社会责任积极行为。通过实证发现,企业... 详细信息

企业社会责任行为从利益相关者驱动转向价值驱动,对消费者的决策形成价值动因,从而影响消费者的态度忠诚与行为忠诚。文章从宏观与微观两个层面构建积极企业社会责任行为的九个维度,提炼典型的企业社会责任积极行为。通过实证发现,企业社会责任的积极行为能够显著正向影响消费者忠诚度,并且发现价值认同发挥了中介功能。

关键词： CSR积极行为消费者忠诚价值认同

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