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浅埋管道水平横向作用下砂土极限承载力研究

岩土力学 2022年第S02期43卷 95-103页

作者：钟紫蓝韩春堂李锦强赵鑫缪惠全北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道-砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管-砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了... 详细信息

断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道-砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管-砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了深径比对砂土极限承载力的影响。基于管周土体的破坏模式建立了简化计算模型,根据极限平衡理论推导了管道水平横向运动时砂土极限承载力计算公式。研究结果表明:极限状态下,浅埋管道周围土体形成延伸到地表的破裂面,轮廓线近似对数螺线;砂土的极限承载力随着深径比增加,最终在临界深径比处达到稳定;随着深径比的增加,土体发生剪切滑动破坏所需的管道位移也逐渐增大;由于横向承载力系数取值依据不同,国内外规范计算所得土体极限承载力差异较大;得到的解析解能够较好地预测中密砂土中浅埋管道水平横向运动时土体的极限承载力。

关键词：埋地管道管-土相互作用中密砂极限承载力破坏模式

考虑土体动力特征参数相关性的工程场地随机地震反应分析

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岩土力学 2022年第7期43卷 2015-2024,2033页

作者：钟紫蓝史跃波李锦强赵密杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

研究等效线性化方法中土体动力参数不确定性对场地地震反应的影响,提出了可考虑土体动力特征参数间相关性的土体动剪切模量和动阻尼曲线随机样本生成方法,基于Matlab开发一维等效线性化场地地震反应分析计算程序,用于开展场地地震反应... 详细信息

研究等效线性化方法中土体动力参数不确定性对场地地震反应的影响,提出了可考虑土体动力特征参数间相关性的土体动剪切模量和动阻尼曲线随机样本生成方法,基于Matlab开发一维等效线性化场地地震反应分析计算程序,用于开展场地地震反应随机动力分析。以Ⅱ类成层场地为例建立一维自由场分析模型,采用不同地震设防水准下露头基岩场地加速度反应谱为目标反应谱,合成人工地震记录折半后作为场地下卧基岩处的输入。计算结果表明,考虑土体动力特征参数不确定性对场地地震反应具有较大的影响,且影响程度与地震动强度、频谱成分及场地基本周期均密切相关;场地最大峰值加速度和地表加速度反应谱的波动范围随地震动强度等级的增加而变大,且最大峰值应变和最大峰值加速度的波动范围可达10%和14%;目标反应谱平台段及场地基本周期处对应的场地地表加速度反应谱的波动范围超过20%。

关键词：场地地震反应分析土体动力参数不确定性相关性等效线性化

形状记忆合金滑动摩擦阻尼器自复位支撑受力性能研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 139-150页

作者：邱灿星杨勇波刘家旺北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

当设置SMA滑动摩擦阻尼器延展为自复位支撑时,连接的刚度可能影响支撑的力学性能,支撑可能会出现面内旋转和整体失稳。为检验由形状记忆合金滑动摩擦阻尼器和钢管串联而成的自复位支撑能否实现预期的滞回性能,针对支撑的轴向刚度、转动... 详细信息

当设置SMA滑动摩擦阻尼器延展为自复位支撑时,连接的刚度可能影响支撑的力学性能,支撑可能会出现面内旋转和整体失稳。为检验由形状记忆合金滑动摩擦阻尼器和钢管串联而成的自复位支撑能否实现预期的滞回性能,针对支撑的轴向刚度、转动刚度和稳定性进行理论分析。通过往复加载试验获得了形状记忆合金棒的滞回曲线和摩擦机制的动摩擦系数。制作了1个1/3缩尺的支撑试件,并进行了拟静力试验和频率为1.0 Hz的动载试验,结果表明,轴向荷载作用下,支撑的荷载-位移滞回曲线呈光滑稳定的旗帜形,展示出优越的自复位能力和良好的耗能能力。基于滞回曲线,分析了支撑的承载力、割线刚度、耗散能量和等效黏滞阻尼比等滞回性能参数,发现其等效黏滞阻尼比可达16%。建立了支撑的三维有限元模型,数值模拟与试验数据吻合良好。通过数值模拟对钢管的轴向刚度予以分析,发现当钢管的轴向刚度降低至文中基准模型刚度的20%时,可能导致钢管屈服和支撑整体失稳。

关键词：自复位支撑形状记忆合金往复加载试验数值模拟滞回性能

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基于统计理论与试验的地铁工程监测数据分析

岩土力学 2022年第S01期43卷 443-451页

作者：王熠琛郑宏李立云卢鑫月北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

地铁施工监测数据的不确定性分析对工程决策管理有重要意义,统计推断是使用最广的分析理论。为更加科学地应用该理论,必须明确3个基本问题:(1)统计分析时以什么原则选取监测数据才有科学的统计意义?(2)具有统计意义的监测数据在大多数... 详细信息

地铁施工监测数据的不确定性分析对工程决策管理有重要意义,统计推断是使用最广的分析理论。为更加科学地应用该理论,必须明确3个基本问题:(1)统计分析时以什么原则选取监测数据才有科学的统计意义?(2)具有统计意义的监测数据在大多数情况下有怎样的统计特征?(3)实际工程中如何检验监测数据的统计意义与特征?深入结合统计理论与统计试验法,围绕这3个问题展开研究。得到如下结论:(1)获取监测数据的测点必须有相似的工况与受力状态,才可使其满足随机样本的要求,才可能具有科学的统计意义;(2)根据中心极限定理,绝大多数情况下具有统计意义的监测数据应服从正态分布,实际分析中的正态性假定有理论依据;(3)实际分析中应利用游程检验法验证数据的统计意义,利用概率纸与卡方检验法验证数据的正态性,从而基于理论与试验两方面确保对统计推断理论的严格应用。

关键词：统计意义正态性假定游程检验概率纸卡方检验

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联合机制下黏土垫层多离子扩散模型

岩土力学 2022年第2期43卷 539-548页

作者：张志红韩林吕清硕北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

扩散是工程领域中的一种重要现象,尤其是针对填埋场底部的压实黏土垫层。扩散过程受多种因素影响,如离子种类、离子价态和离子浓度等,因此建立准确的扩散模型对填埋场垫层系统设计和评估具有极其重要的意义。引入简化的Guntelberg活度... 详细信息

扩散是工程领域中的一种重要现象,尤其是针对填埋场底部的压实黏土垫层。扩散过程受多种因素影响,如离子种类、离子价态和离子浓度等,因此建立准确的扩散模型对填埋场垫层系统设计和评估具有极其重要的意义。引入简化的Guntelberg活度系数表示真实溶液与理想溶液浓度值的偏差,采用化学势和扩散势共同表征多离子扩散的驱动力,并考虑黏土介质特有的半透膜性能对离子扩散规律的影响,建立了复杂机制联合作用下多组分并存时离子在黏土垫层中的扩散模型。采用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对所建扩散模型进行数值求解,结果表明,黏土半透膜效应、溶液非理想性和扩散势均显著影响多离子扩散行为,考虑黏土半透膜效应及溶液非理想性条件下,多离子扩散进程明显减缓,考虑扩散势时,阳离子扩散速度显著提高。复杂机制联合作用下,多离子扩散规律并非单一影响机制的简单叠加,各机制之间相互制约共同影响多离子扩散行为。

关键词：多离子活度系数扩散势半透膜效应扩散

一种考虑裂缝扩展路径的混凝土细观数值模拟方法

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土木工程学报 2024年第3期57卷 30-41页

作者：李冬黄百惠王苑佐金浏杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

文章提出一种能够考虑混凝土裂缝扩展过程中绕过骨料或穿过骨料发展的细观数值模拟方法。首先,回顾了用于类混凝土材料I-型断裂分析的自洽有限应力模型的基本原理;进而,采用有限元分析方法,从局部能量等效和宏观力学等效两个维度验证了... 详细信息

文章提出一种能够考虑混凝土裂缝扩展过程中绕过骨料或穿过骨料发展的细观数值模拟方法。首先,回顾了用于类混凝土材料I-型断裂分析的自洽有限应力模型的基本原理;进而,采用有限元分析方法,从局部能量等效和宏观力学等效两个维度验证了基于自洽有限应力原理建模和常规建模之间的等效性;最终,发展了基于自洽有限应力原理和细观裂缝扩展路径准则的数值模拟方法,在细观尺度上实现模拟混凝土裂缝绕过骨料发展和穿过骨料发展等细观断裂破坏行为。文章研究成果可为后续发展基于细观尺度断裂破坏准则的高效数值分析方法奠定基础。

关键词：混凝土断裂细观尺度有限元分析自洽有限应力原理

竖向成层介质中标量波传播问题的高精度人工边界条件

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工程力学 2022年第5期39卷 55-64页

作者：李会芳赵密杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

为了实现含竖向成层介质以及表面不规则地形场地中标量波传播问题的高效且高精度求解，该文基于连分式展开和扩展的一致边界，建立了一种频域下折线形高精度人工边界条件。通过在每个竖向地层内引入独立的斜角坐标变换，新的人工边界条... 详细信息

为了实现含竖向成层介质以及表面不规则地形场地中标量波传播问题的高效且高精度求解，该文基于连分式展开和扩展的一致边界，建立了一种频域下折线形高精度人工边界条件。通过在每个竖向地层内引入独立的斜角坐标变换，新的人工边界条件可以用于多起伏地表地形条件。新的折线形人工边界在频域下推导，仅含有连分式阶数一个待定实参数，用于调整计算精度，该参数不随外行波的频率和传播角度改变。人工边界条件可以与内域有限元方程无缝耦合，应用简单方便。由于新边界条件的高精度，内域尺寸可以取较小甚至可以直接将人工边界加在结构周围或者地表，从而极大提高计算效率。通过典型数值算例，将人工边界计算模型与有限元大模型的解进行了对比分析，验证了该文提出的折线形人工边界条件的有效性和高精度。

关键词：波动场地-结构相互作用人工边界条件有限元法竖向成层介质

Malvern Hills边坡溃曲破坏分析及数值流形法模拟

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岩土力学 2022年第7期43卷 1951-1960页

作者：王秋生张瑞涛郑宏北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

基于能量法推导了多层岩质边坡临界溃曲长度计算公式。考虑层间和交叉节理采用数值流形法对新西兰Malvern Hills边坡溃曲演变过程进行了模拟,并将理论计算、数值模拟结果与现场实测数据进行了对比。结果表明:通过预制层间和交叉节理,数... 详细信息

基于能量法推导了多层岩质边坡临界溃曲长度计算公式。考虑层间和交叉节理采用数值流形法对新西兰Malvern Hills边坡溃曲演变过程进行了模拟,并将理论计算、数值模拟结果与现场实测数据进行了对比。结果表明:通过预制层间和交叉节理,数值流形法可以准确模拟边坡溃曲破坏过程;边坡溃曲变形及失稳破坏过程依次为层间错动—轻微弯曲、坡脚牵引—剧烈隆起、加速滑移—形成滑坡;在自重长期作用下,边坡溃曲形成至破坏演化过程主要分为初始弯曲、急剧弯曲和滑坡形成3个阶段;β为交叉节理与斜坡法向夹角,在0°、15°、30°、45°这4种交叉节理中,β为45°时边坡最容易产生滑移弯曲变形,溃曲程度最大,并且经历滑移弯曲时步最少;β为30°~45°时,数值模拟结果与实际较为吻合。

关键词：顺层边坡溃曲破坏数值流形法交叉节理

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带可更换脚部件装配式剪力墙压弯数值研究

工程力学 2023年第S01期40卷 81-91页

作者：董晓微程小卫李易杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

该文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙,通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响,并与现浇RC墙进行了对比。结果表明:随着可更换脚部件承载力提高,... 详细信息

该文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙,通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响,并与现浇RC墙进行了对比。结果表明:随着可更换脚部件承载力提高,装配式RC墙承载力越高;当可更换脚部件与现浇RC墙边缘构件的抗压承载力比nc=0.85或抗拉承载力之比nt=1.35时,带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙承载力、刚度和滞回特征基本接近。可更换脚部件高度对装配式RC墙压弯承载力、刚度和滞回特征影响不大。当可更换脚部件高度为墙截面高度的1/2时,墙体损伤主要集中在可更换区域,非更换区域损伤较小,实现了损伤可控。对于弯曲破坏控制的带可更换脚部件的装配式RC墙,非更换区域的加强钢板厚度对墙体抗震性能影响不大。为实现带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙性能等同,建议非更换区域按照装配式RC墙底截面与现浇RC墙底截面抗剪承载力相等原则设计。

关键词：可更换脚部件装配式RC墙现浇RC墙数值模拟承载力破坏模式