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近断层脉冲型sv波斜入射下混凝土重力坝损伤特性研究

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水资源与水工程学报 2024年第3期35卷 164-172页

作者：党贝杰宋志强西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048

近断层地震动由于断层距较小,在到达地表之前经历的透射次数不多,因此近断层地震动一般不满足垂直入射假定。近断层脉冲型sv波斜入射下混凝土重力坝抗震性能研究尚不多见。本文以Koyna重力坝为研究对象,开展了近断层地震动的脉冲型特性... 详细信息

近断层地震动由于断层距较小,在到达地表之前经历的透射次数不多,因此近断层地震动一般不满足垂直入射假定。近断层脉冲型sv波斜入射下混凝土重力坝抗震性能研究尚不多见。本文以Koyna重力坝为研究对象,开展了近断层地震动的脉冲型特性和斜入射对坝体抗震性能的影响研究。选择近断层脉冲型和非脉冲型地震动记录各5条,分析了地震动的脉冲特性和斜输入角度对坝顶位移、坝体损伤分布以及损伤耗能的影响规律。结果表明:脉冲型sv波在30°斜入射下,比非脉冲型sv波在0°(垂直)入射下坝顶水平顺河向位移提高了5.37倍,竖向位移提高了27倍;脉冲型sv波对坝体造成的损伤破坏范围比非脉冲型更广,主要出现在上游坝踵和下游折坡处,脉冲型整体损伤指标相比非脉冲型增大了1.71倍;脉冲型sv波作用下坝体最大损伤耗散能是非脉冲型的2.47倍,对坝体造成的损伤及能量耗散更大。本文研究结论可为近断层地震动作用下混凝土重力坝的抗震性能评价提供参考。

关键词：近断层地震动脉冲特性 sv波斜入射重力坝损伤

sv波斜入射作用下梯形沉积河谷场地地震动分析

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地基处理 2024年

作者：陈家旺黄博凌道盛王楠浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江大学岩土工程研究所

河谷场地地震动分布特征研究对高坝等跨河谷工程抗震设计具有重要意义。采用无限元人工边界结合等效荷载输入方法，数值分析了梯形沉积河谷几何参数和地震波入射角对加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：坡度较小河谷的加速度放大... 详细信息

河谷场地地震动分布特征研究对高坝等跨河谷工程抗震设计具有重要意义。采用无限元人工边界结合等效荷载输入方法，数值分析了梯形沉积河谷几何参数和地震波入射角对加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：坡度较小河谷的加速度放大系数极大值位置位于河谷中部和两侧，随着坡度增大，加速度放大系数极大值位置逐渐远离河谷两侧，进而向河谷中部距地表一定深度处转移；对于窄河谷，河谷两侧影响区域重叠，导致地震异常剧烈，地表加速度放大系数远大于宽河谷情况；随着地震波入射角增大，加速度放大系数最大值位置由河谷中部往迎波侧移动，河谷地形效应不断增强，迎波侧聚焦放大、背波侧滤波减小现象越明显。

关键词： sv波斜入射沉积河谷场地地震动放大效应

P波与sv波斜入射下岩体隧道洞口段地震响应分析

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振动与冲击 2022年第24期41卷 278-286页

作者：张懂懂刘洋熊峰梅竹李爽四川大学建筑与环境学院成都610065 温州大学建筑工程学院浙江温州325035 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

当通过人工边界转换方法模拟静动力耦合效应时,既有耦合边界模拟方法存在使模型位移场变化较大的问题,影响地震波斜入射下隧道结构地震响应分析结果的准确性。提出了一种基于多次静力分析的人工边界转换改进方法,使有限元模型动力分析... 详细信息

当通过人工边界转换方法模拟静动力耦合效应时,既有耦合边界模拟方法存在使模型位移场变化较大的问题,影响地震波斜入射下隧道结构地震响应分析结果的准确性。提出了一种基于多次静力分析的人工边界转换改进方法,使有限元模型动力分析的初始状态与静力分析的应力状态、位移场均一致,实现了静动力联合分析。采用黏弹性边界结合等效荷载的外源波动输入方法,基于ABAQUS软件建立斜入射P波与sv波下的数值地震分析模型,通过算例验证模型与所提方法的可靠性。进行一系列非线性时程分析,对比分析了P波与sv波分别斜入射对隧道衬砌结构地震响应的影响规律。结果表明:该方法可以保证隧道静动力边界转换前后位移的一致性;随着入射角度的增加,P波作用下,结构水平加速度先增大后减小,竖向加速度呈递减趋势,而sv波作用下,水平和竖向加速度均呈增大趋势;当入射角大于20°时,相较于P波斜入射,sv波斜入射下隧道拱肩、拱脚处的应力水平更高;隧道结构在斜入射sv波下的损伤程度高于斜入射P波。

关键词：岩体隧道 P波 sv波人工边界转换入射角度

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水下双层衬砌隧道对平面sv波散射问题的解

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2023年第2期55卷 217-226页

作者：朱赛男陈凯江李伟华华北理工大学建筑工程学院河北唐山063210 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

将水层和水下土体分别视为无黏性流体和饱和多孔介质,基于无黏性流体波动理论和Biot饱和多孔介质波动理论,考虑水-饱和土-隧道动力相互作用,借助Hankel函数积分变换法,给出水下双层衬砌隧道对平面sv波散射问题的解.与以往研究中的“大... 详细信息

将水层和水下土体分别视为无黏性流体和饱和多孔介质,基于无黏性流体波动理论和Biot饱和多孔介质波动理论,考虑水-饱和土-隧道动力相互作用,借助Hankel函数积分变换法,给出水下双层衬砌隧道对平面sv波散射问题的解.与以往研究中的“大圆弧假定”方法相比,Hankel函数积分变换法可以有效地将饱和土中散射波势函数的表达式从柱坐标系直接转换到直角坐标系下,更有利于水下双层衬砌隧道场地边界条件的处理.在解析解的基础上,重点分析内外衬砌刚度比和内外衬砌厚度比对水下双层衬砌隧道地震响应的影响.研究结果表明:(1)内外衬砌刚度比和厚度比的变化对隧道位移和孔压集中系数影响不明显;(2)随着内外衬砌刚度比的增加,内衬砌动应力集中系数明显增加;(3)随着内外衬砌厚度比的增加,内衬砌动应力集中系数减小.

关键词：水下双层衬砌隧道水-饱和土-隧道动力相互作用散射问题地震响应 sv波

sv波斜入射作用下沉积河谷场地地震动与动应力路径分析

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SV波斜入射作用下沉积河谷场地地震动与动应力路径分析

作者：陈家旺浙江大学

学位级别：硕士

水电在我国电力发展中具有战略意义,水能资源丰富的西部地区修建高坝面临强震、复杂河谷地形和深厚覆盖层等问题。研究地震动在河谷深厚覆盖层中的分布规律对提升工程抗震稳定性评估和场地液化分析的准确性具有重要的工程意义。本文以... 详细信息

水电在我国电力发展中具有战略意义,水能资源丰富的西部地区修建高坝面临强震、复杂河谷地形和深厚覆盖层等问题。研究地震动在河谷深厚覆盖层中的分布规律对提升工程抗震稳定性评估和场地液化分析的准确性具有重要的工程意义。本文以某工程等腰梯形沉积河谷场地为确定对象,基于无限元人工边界结合等效荷载输入方法,采用ABAQUS有限元软件数值分析了sv波斜入射作用下等腰梯形沉积河谷场地加速度放大系数分布形式和动应力路径形状。本文主要结论如下:(1)受河谷地形折射波影响,地震波垂直入射时,坡度较小河谷加速度放大系数极大值位置位于河谷沉积层地表中部和两侧,随着坡度增大,加速度放大系数极大值位置逐渐向河谷中心靠近,并进一步由地表向深部土体转移,预示沉积层内部发生土体液化或软化的可能性急剧增大。(2)河谷两侧主要受河谷地形效应影响,中部受两侧河谷地形效应和土层放大效应共同作用。随着河谷宽度增加,中部地震加速度放大系数受地形效应影响减弱,呈一维地震动放大现象;随着河谷宽度减小,中部地震动受河谷地形效应影响加剧,采用一维分析方法低估地震动放大效应,从而高估场地稳定性。(3)与垂直入射相比,地震波斜入射时沉积层地震动呈迎波侧聚焦放大、背波侧滤波减小现象。随着入射角增大,这一现象趋于显著,加速度放大系数最大值位置由河谷中部向迎波侧移动。(4)地震波垂直入射时,河谷沉积层中线处动应力路径呈竖直往复直线型应力路径,与水平场地的规律一致,河谷沉积层两侧动应力路径则为斜椭圆型应力路径,与水平场地的差异较大;地震波斜入射时,河谷沉积层中线处动应力路径呈斜扁椭圆型应力路径,而河谷沉积层两侧动应力路径呈倾斜直线型和斜椭圆型应力路径;随着入射角的增大,河谷沉积层迎波侧动应力路径的长半轴整体上呈增大趋势。

关键词： sv波斜入射梯形沉积河谷场地地震动动应力路径

sv波不同角度入射下近接双隧道的地震响应分析

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东南大学学报（自然科学版） 2019年第5期49卷 956-963页

作者：孙纬宇严松宏汪精河梁庆国兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070 兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

为了研究地震波入射角度和洞距对近接隧道动力响应特征的影响,采用黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面sv波斜入射的地震动输入,研究了不同sv波入射角度和隧道洞距时隧道衬砌应力的分布特征.结果表明:地震波入射角度对隧道衬... 详细信息

为了研究地震波入射角度和洞距对近接隧道动力响应特征的影响,采用黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面sv波斜入射的地震动输入,研究了不同sv波入射角度和隧道洞距时隧道衬砌应力的分布特征.结果表明:地震波入射角度对隧道衬砌应力的分布有较大影响.当地震波垂直入射时,隧道衬砌应力呈蝴蝶状(X状)的对称分布,在横断面内沿共轭45°方向受力较大;当地震波倾斜入射时,隧道衬砌的应力呈不对称状分布,在拱顶-30°~30°和仰拱120°~255°范围内受力较大.从隧道衬砌受力和震害情况来看,隧道拱部和仰拱部位在地震时容易发生破坏,在隧道抗震设计中应予以考虑.隧道衬砌应力随地震波入射角度的增大而增大,随洞距的增大而减小,且入射角度对隧道衬砌受力的影响较洞距的影响要大,在极震区隧道抗震设计要考虑地震波入射角度的影响.地震波倾斜入射时,两隧道间的合理净距为洞径的4倍.

关键词：黏弹性边界 sv波双隧道洞距地震响应

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sv波斜入射下河谷地形地震动分布特征分析

振动与冲击 2019年第20期38卷 237-243,265页

作者：孙纬宇汪精河严松宏欧尔峰梁庆国兰州交通大学土木工程学院兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070 甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面sv波斜入射的地震动输入。研究了sv波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地... 详细信息

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面sv波斜入射的地震动输入。研究了sv波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地震动放大系数越大,坡顶平台的影响宽度也越大;地震波从左侧倾斜入射时,河谷两岸地震动放大系数呈不对称形式分布,且入射角度越大,河谷左岸x分量的地震动放大系数越大,河谷右岸z分量的地震动放大系数越大,不对称现象越明显;以不同角度入射时,坡顶处地震动放大系数和坡顶平台影响区域均随坡度的增大呈线性增大趋势;入射角度与斜坡坡度越大,坡顶处水平加速度反应谱越大,反应谱峰值有向右偏移的趋势。

关键词：河谷地形黏弹性边界 sv波斜入射放大系数

sv波斜入射形成的动应力路径及影响因素分析

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振动与冲击 2018年第2期37卷 6-16,42页

作者：黄博李琪群凌道盛王宇浙江大学建筑工程学院岩土工程研究所杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 中交第四航务工程勘察设计院有限公司广州510230

动应力路径是研究场地地震动力响应的关键。基于波动理论,推导了半无限弹性空间中任一深度处由sv波斜入射产生的动应力。在采用较大土体刚度参数,且sv波为垂直入射特例时,该方法与土动力学估算地震动应力的常规简化方法结果一致。揭示... 详细信息

动应力路径是研究场地地震动力响应的关键。基于波动理论,推导了半无限弹性空间中任一深度处由sv波斜入射产生的动应力。在采用较大土体刚度参数,且sv波为垂直入射特例时,该方法与土动力学估算地震动应力的常规简化方法结果一致。揭示了sv波斜入射下形成的动应力路径特征,从数学上证明了sv波斜入射产生的动应力在双剪应力分量(偏差正应力和水平剪应力)组成的平面中形成斜椭圆形,并进行了参数敏感性分析,表明入射角、泊松比和单位波长深度是影响应力路径的根本因素,为进一步研究斜入射地震波作用下场地动力响应奠定了理论基础。

关键词： sv波斜人射弹性半空间动应力路径双剪应力平面

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地震sv波全反射作用下的场地反应

地震SV波全反射作用下的场地反应

作者：杨猛西安理工大学

学位级别：硕士

在对地震工程场地反应问题研究中,越来越多的研究表明来自震源的地震波是以一定的入射角度倾斜向上传播至地表的,因此可能产生比垂直入射时更强烈的震动现象。在各类入射地震体波中,由于sv波入射波至地面时可能会发生全反射现象,因而所... 详细信息

在对地震工程场地反应问题研究中,越来越多的研究表明来自震源的地震波是以一定的入射角度倾斜向上传播至地表的,因此可能产生比垂直入射时更强烈的震动现象。在各类入射地震体波中,由于sv波入射波至地面时可能会发生全反射现象,因而所引起的地震动将更为复杂,而且在不同入射角时所产生的地震响应也各不相同。当前针对地震sv波的研究更多倾向于未发生全反射时的情况,而对其发生全反射作用下的场地反应研究则总体较少。为了揭示斜入射地震sv波在地面处发生全反射时的地震反应问题,假定地震波是来自无限远处的平面波,地层为横向无限长的各向同性均匀弹性体,地面为无约束自由界面,建立了未发生全反射和发生全反射两种情况下的地震动模型;根据这一理论模型,应用弹性波动理论推求得到sv波在地面处的反射系数,应用波场叠加原理推求得到计算地震动时程公式,据此编写了相应的matlab计算程序,并通过与有限差分方法对比分析,验证了该程序的正确性;应用该程序计算分析了地面位移时程、质点运动轨迹、地面滑行波随入射角的一般变化规律,进一步研究了临界角对场地反应的影响。研究结果表明:(1)当sv波小于临界角入射时,所引起的场地反应可以在时间域应用波场叠加方法直接得到;当大于临界角入射时,则需要在频率域借助傅里叶变换计算得到。(2)当地震sv波未发生全反射时,水平地震动随着入射角的增大略有减小,其值约为入射波的2倍,而垂直地震动随着入射角的增大缓慢增大,最大值接近于1:此时质点振动轨迹为一条过坐标原点的直线段,地震动表现为线性体波振动特性。(3)当地震sv波接近临界角发生全反射时,水平地震动迅速增大,并在入射角等于临界角时达到极大值,该值约为入射波的4倍,而垂直地震动此时骤降接近于零,本文称之为近临界场地效应;此时质点振动轨迹为一条闭合曲线,地震动表现为非线性的旋转面波振动特性。(4)当地震sv波发生全反射时,会产生沿地表面滑行的反射P型波,尽管此滑行波的形状会发生较大畸变,但其位移值相对较小,对场地反应的影响几乎可以忽略。在这种情况下,场地反应可以简化为入射sv波和反射sv波的叠加。

关键词： sv波反射系数地震动合成地面滑行波临界角场地响应