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    2023年第43卷第6期
      前瞻论坛
    • 许高娲,欧进萍

      2023,43(6):1183-1199, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230705002

      Abstract:

      由于预制装配式建筑在高烈度地震区的抗震性能较差,限制了其推广使用。预制装配式框架结构作为一种常用的抗震体系,核心部位梁柱节点的连接是影响其抗震性能的主要因素。被动耗能减振技术作为一种成熟的结构振动控制技术应用于预制装配式结构中,可以显著提高结构的抗震性能。将耗能器放置于梁柱节点外部或者内部,既与节点形成新的整体部件,又实现自身被动耗能减振,形成“承载‐耗能”双功能的新型节点。总结了目前常用的被动耗能减振技术中已经成熟的摩擦阻尼器和金属阻尼器复合形成的预制装配式结构梁柱节点,梳理了本课题组首次提出的预制梁柱耗能铰节点后的研究发展现状以及局限,提出了一种预制装配式结构梁柱摩擦-金属屈服两级耗能节点,形成了高性能预制装配建筑结构抗震体系,对提高我国装配式结构设计要求和推广装配式结构的实际工程应用,具有重要的参考意义。结合作者在该领域的研究工作和成果,给出了该领域的研究方向和未来的发展趋势。

    • 潘毅,袁家聪,林拥军,宋杰,朱立新

      2023,43(6):1200-1214, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230921001

      Abstract:

      2022 年 9 月 5 日,四川省泸定县发生了 6.8 级地震,对泸定、石棉、汉源等地区的农村建筑造成严重影响。为了分析农村建筑的震害,对评估烈度为Ⅵ~Ⅸ度区域 12 个乡镇 35 个地点的农村建筑进行了现场调查,总结了砖砌体结构、木结构、石结构和生土结构的典型震害特征,并对 4 种结构的震害等级进行了统计和分析。结果表明:砖砌体结构房屋的严重破坏及倒塌占比为 4.2% 和 3.3%,且与构造措施有很大关系,未经正规设计且缺乏构造措施的砌体结构出现屋面破坏、局部甚至整体倒塌,但设有构造措施的砌体结构房屋保存较好;木结构建筑整体受损较轻,但由于本次泸定地震的竖向作用强烈,木屋盖破坏较为严重;石砌体结构和生土结构房屋,发生严重破坏和倒塌的比例较高,严重破坏占比分别为 7.2% 和 5.1%,倒塌占比分别为 10% 和 7%,破坏最为严重。山体滑坡、落石等次生灾害对建筑造成不同程度的损坏,是此次泸定地震的特征之一。针对此次泸定地震的破坏特征,建议农村建筑落实抗震措施,引入适用的新工艺;灾后恢复过程中,以房屋震损程度评估为基础,重建与加固相结合;同时,建议注重农村规划、选址的研究,降低地震次生灾害破坏;应当进行抗震科普宣传,加强农村工匠培训。

    • 何明杰,刘德方,张猛,李高会

      2023,43(6):1215-1223, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230105002

      Abstract:

      YOLOX 是全球首个一阶无锚框目标检测模型,超越了 YOLO‐V(3‐5)和 SSD 等传统锚框模型,极大提高了山地灾害检测识别精度。然而,该模型存在不同尺度之间特征不一致的问题,融合后的特征图质量有待提升。以西藏高原山地灾害重灾区为试验区,在建立了西藏高原山地灾害数据集的基础上,通过融合 Adaptively Spatial Fea‐ ture Fusion(ASFF)注意力机制和骨干网络尺寸调整机制,设计了一个优化的、不同适用性的高原山地灾害检测模型(Plateau mountain disaster detection model,PMDDM)。为验证 PMDDM 模型的优越性,将其与传统 YOLOX 模型、不同注意力机制、不同目标检测模型进行了对比分析,并且对不同尺度模型的检测性能和可视化结果也进行了对比分析研究。结果表明:ASFF 注意力机制可以有效的解决传统 YOLOX 模型中存在的不同尺度特征间的特征不一致问题,且对模型检测性能提升明显优于 SE、CBAM、ECA、GAM 和 Coord 等注意力机制;PMDDM 模型对山地灾害的检测精度优于 Faster‐RCNN、SSD 和 YOLO‐V3 模型,可以满足不同工作场景对硬件配置、检测速度和精度的需求,且模型尺度越大,识别目标的准确率越高。

    • 史磊磊,何海琦,林庆涛

      2023,43(6):1224-1233, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230526002

      Abstract:

      经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法,尤其是当地层的非线性塑性变形显著时,经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律,但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征,提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型,建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据,优化了隧道上方地层最大沉降 Sv,maxz)的公式,结合已有的沉降槽宽度系数 iz)的公式,发展了 Peck‐Mair 公式,实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系,基于发展的 Peck‐Mair 公式,推导了地层水平位移的计算公式,实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中,变量 Hz)表示土体运动定向点位置随深度的变化规律,基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 Hz)的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据,验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后,将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程,实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。

    • “海洋工程监测与灾害防控”专题
    • 陈礼睿,李孙伟

      2023,43(6):1234-1245, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230511003

      Abstract:

      新一代南海可燃冰开采、固碳和地质修复三联技术采用 CO2水合物置换开采法,将 CO2注入开采完后的天然气水合物储层,并在低温高压条件下以水合物形态进行长期地质封存。此方法既可实现能源开采,又能有效缓解温室效应,但目前对于海底沉积层内 CO2水合物长期储存的海底边坡稳定性问题研究较少。基于流固耦合方法和强度折减法,模拟得到海底边坡在不同位置、不同时期的应力、应变、位移变化情况,分析边坡在水合物全分解过程中的稳定性。依据南海可燃冰储藏区域的地形条件和土体参数,设计不同真实环境下的工况,探究各项参数的改变对边坡安全系数的影响。研究结果表明,将 CO2水合物分解度控制在安全范围内,即可施行长期海底碳封存。 在水合物分解程度到一定程度后,斜坡的塑性应变值开始急剧增加,并逐渐形成了向上连通的塑性贯通区,此刻斜坡开始发生破坏。地形条件对斜坡稳定性的改变大于土体参数,影响程度排序为斜坡坡角>水合物层厚度>水合物层埋深,摩擦角>黏聚力>弹性模量,其中关键因素为坡角和摩擦角。

    • 范庆来,马思琪,陈箫笛,赵海涛,樊鸽

      2023,43(6):1246-1254, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20221014001

      Abstract:

      在海洋平台桩靴基础安装施工过程中,容易发生穿透现象而导致破坏。业界建议可通过在桩靴周边加设向上的袖结构来抑制贯入时周围土体的回流,从而缓解穿透破坏。但这种袖结构的存在会导致局部冲刷,形成的冲刷坑会减小桩靴有效埋深,进而影响其使用期的承载力。通过一系列水槽试验,探讨了不同形式桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对于冲刷坑形状的影响,进而开展了考虑冲刷坑影响的桩靴基础承载力数值计算,并与忽略最大冲刷深度以上土体的传统模型、假设冲刷坑为倒圆台状的简化模型计算结果进行了对比。主要研究结果如下:(1)加设圆形袖结构的桩腿引起的冲刷深度要比方形袖结构桩腿小,建议工程中采用面积比较小的圆形袖结构来缓解穿透破坏;(2)桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对冲刷坑形状都存在影响。最大冲刷深度随着开孔率的增大而减小,当开孔率较大时,冲刷现象近似于群桩冲刷,出现随着冲刷角度的增大冲刷深度先增大后减小的现象;(3)当考虑冲刷坑对于桩靴承载力的影响时,简化模型能够合理反映冲刷坑对于桩靴基础承载力的影响。

    • 卫仁杰,彭劼,陈泳,许鹏旭,李亮亮

      2023,43(6):1255-1265, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20221202002

      Abstract:

      为解决南海岛礁地基加固所需材料运输困难的问题,利用双极膜电渗析系统和海水生成盐酸,溶解岛礁上的珊瑚砂后得到 MICP 加固所需的自制钙源。然后通过自制钙源、化学纯钙源的 MICP 水溶液及砂柱加固对比试验, 研究了自制钙源的适用性及加固效果。结果表明:通过双极膜电渗析装置可制得 1.5 mol/L 的盐酸,溶解珊瑚砂即可得到氯化钙纯度为 94.9% 以上的自制氯化钙溶液,其 MICP 水溶液试验的效果优于化学纯钙源组,自制钙源组的加固后砂柱强度均值为 2.1 MPa,远高于化学纯钙源组的 628 kPa。自制钙源中的镁、铝离子等能改变沉淀矿物形貌和成分,同时可生成更多的碳酸钙,使得自制钙源组加固砂柱的总体效果优于化学纯钙源组。

    • 黄少华,万永革,孙业君,许鑫,余海琳,冯淦,李枭

      2023,43(6):1266-1274, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220922002

      Abstract:

      2021 年 11 月 17 日江苏盐城近海区域发生 MS5.3 地震,该地震的发震机制及其原因引起地球科学家的广泛关注,为分析地震发生的原因,本次地震的震源机制解和区域应力场的精确确定是必要的。本研究综合多种机构的震源机制解数据确定了可信的震源机制中心解。为保证震源区域应力场求解的精度,本文搜集了地震周围 2016 年以前的历史震源机制解数据,并利用地震观测报告,得到 22 个 2016 年之后地震的震源机制解,使用结合后的震源机制解数据求解了江苏盐城海域 MS5.3 地震周围的应力场。最终结果为:江苏盐城海域 MS5.3 地震的震源机制中心解节面 I 走向 104.95°,倾角 70.91°,滑动角 26.45°,节面 II 走向 5.70°,倾角 65.11°,滑动角 158.86°;研究区域的主压应力呈 ENE‐WSW 向分布,主张应力呈 NWN‐SES 向分布。将应力场投影到震源机制中心解节面上,发现两个节面均处于相对剪应力很高的水平,说明此次地震是在构造应力场作用下发生在剪应力最大释放节面上的地震,是应力积累后的一次正常释放,周边再次发生大地震的可能性减小。考虑到应力场投影到节面 II 的相对剪切应力较节面 I大,并且节面 II与苏北—滨海断裂走向更为接近,确定节面 II为本次地震的发震断层面。

    • 论文
    • 李治甫,康帅,王自法,董正方,赫中营

      2023,43(6):1275-1283, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20221010002

      Abstract:

      为了解决将单传感器时域数据直接作为卷积神经网络(CNN)的输入所引起的损伤识别精度不高的问题,提出基于小波包变换(DWPT)和快速傅里叶变换(FFT)的卷积神经网络识别方法。以短钢梁桥现场试验测得的数据集为例,将单传感器数据样本分别进行 DWPT 和 FFT 变换,使用变换后的特征训练 1D‐CNN 网络,训练好的网络测试精度有明显的提升,其识别精度均高于多个传感器数据直接作为输入的识别精度。同时分析了对噪声样本和异源(结构上未曾参与网络训练的传感器)数据的识别情况,结果表明对含噪声样本先进行时频变换再训练网络能显著提升对噪声样本的识别精度,而且能改善训练好的网络难以对异源传感器数据进行识别的问题,最后通过卡塔尔大学看台现场试验数据进一步论证上述结论。

    • 解北京,陈铭进,陈思羽,栾铮,李晓旭,梁天宇

      2023,43(6):1284-1290, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230207003

      Abstract:

      为了进一步探究冰材质动态冲击破坏力学特性,通过分离式 Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,采用快速加载、 杆端降温与波形整形技术,保证冰材质的稳定性并实现了加载过程中的动态应力平衡,分析了应变率、温度、长径比、 冻藏时间对冰力学特性与破坏模式的影响。结果表明:在 100 s-1 ~500 s-1 的应变率范围内,冰的动态单轴抗压强度与应变率呈现明显的正相关性;小长径比冰温度越低,抗压强度越大,且这种特性会受到应变率的影响;大长径比冰抗压强度随温度的下降而下降,这与体积大导致冰试样受冷不均,内部预应力增大有关;稳定无预应力冰,短冻藏时间会使其强度下降;温度、长径比对冰弹性模量影响明显,小长径比冰弹性模量随温度下降而增大,大长径比冰弹性模量随温度下降而减小;应变率是影响冰材质破坏模式的主要因素,随着应变率的上升,冰材质达到破坏时的轴向裂纹明显增加,形成的破碎产物尺寸明显变小。

    • 路德春,马帅,孔凡超,杜修力,马一丁

      2023,43(6):1291-1303, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220112003

      Abstract:

      地铁列车运行诱发的低频振动问题受到人们的广泛关注,对于低频振动的控制研究具有重要意义。采用移动激振力函数来模拟轮轨之间相互作用力,建立轨道‐隧道‐地层三维动力有限元模型。核心思想是通过降低地层中能量传递密度的方式来减小低频振动,首先分析地铁列车运行诱发的地层和地表动力响应规律,揭示低频振动的传播衰减机理。之后通过普通整体道床轨道和钢弹簧浮置板轨道两个不同的轨道型式,系统地分析普通整体道床轨道中隧道衬砌参数和道床参数对地表低频振动的影响规律,对钢弹簧浮置板轨道进行优化,增大底板的刚度和厚度,研究优化后底板参数和隔振器排列方式对地表低频振动的控制效果。计算结果表明:低频部分随着与隧道纵向轴线距离的增加,在地层和地表均衰减较慢;普通整体道床轨道中道床刚度和高度、隧道衬砌刚度均对低频振动的影响较大,而隧道衬砌厚度对低频振动的影响较小;钢弹簧浮置板轨道中随着底板刚度和长度的增加,低频振动的控制效果越好,隔振器数量越少,越有利于低频振动的控制。

    • 郑文华,宫剑飞,刘明保

      2023,43(6):1304-1312, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220303001

      Abstract:

      提出了基于瞬态动力分析完全法的预应力钢筋混凝土梁爆炸冲击模拟方法,并采用已有试验结果验证了方法的合理性,进一步对比探讨了非预应力钢筋混凝土梁与预应力钢筋混凝土梁的动力响应差别和响应机制。研究结果表明:爆炸荷载作用下,钢筋混凝土梁的跨中底部位置最先发生塑性变形,混凝土容易受拉开裂,且爆炸荷载越大开裂越严重;由于预应力筋的存在,预应力钢筋混凝土梁跨中挠度显著减小,预应力钢筋混凝土梁开裂范围大幅减小,裂缝深度也显著降低,但是浅层裂缝的横向分布范围稍有增加;预应力改善了梁的受力状态,使得梁所受荷载均布转移,在爆炸冲击荷载作用下,大部分应力都由预应力筋来承担,非预应力钢筋的应力较小,预应力筋是提高结构抗爆性能的关键点;当脉冲荷载卸载至零后,梁跨中的挠度均能恢复至自重状态下的变形量,说明预应力钢筋混凝土梁在爆炸冲击荷载作用下,仍处于弹性工作状态,这与非预应力钢筋混凝土梁显著不同。模拟研究结果对预应力钢筋混凝土结构抵抗爆炸荷载领域的应用有一定的参考意义。

    • 张嬿妮,刘雪梦,舒盼,黄罗鑫,张陆陆,张帅

      2023,43(6):1313-1321, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20221028003

      Abstract:

      为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO2浓度动态分布情况等。结果表明:不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO2浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。

    • 陈卫民,张令心,谢贤鑫

      2023,43(6):1322-1330, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220902003

      Abstract:

      为了建立我国砌体填充墙 RC 框架结构性能水准与性能指标间的对应关系,通过收集整理国内填充墙 RC 框架拟静力试验数据,建立了本土化填充墙 RC 框架试件试验数据库。参考《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335—2009),定义了填充墙 RC 框架的 5 个性能水准及其破坏状态描述,根据试验现象提取试件首次达到每个性能水准时的层间位移角作为样本,通过统计分析,分别给出刚性连接和柔性连接填充墙 RC 框架具有 84% 保证率的层间位移角限值,并与《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)和现有研究中给出的限值进行对比,最后进一步分析了采用不同类型砌块的填充墙 RC 框架结构性能水准限值的差异。结果表明,相较于规范限值,刚性连接的填充墙 RC 框架限值在轻微破坏和中等破坏的性能水准下均偏小,而在严重破坏的性能水准下远大于规范限值;相较于现有限值,作者研究得出的限值具有性能水准判定标准统一、数据更符合我国国情的特点;相较于传统的黏土砖和普通混凝土砌块,采用加气混凝土砌块砌筑填充墙的 RC 框架结构侧向变形能力更好。

    • 范光明,王卫华,徐哲人,蔡敏伟

      2023,43(6):1331-1345, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220504004

      Abstract:

      预制混凝土构件通常采用先拼接后灌浆的连接方式,一旦灌浆不密实,将存在严重安全隐患。为了解决装配式复式钢管混凝土结构的连接问题,探索更方便可靠的连接方式,将先灌浆后插筋的连接方式运用到装配式复式钢管混凝土柱的连接中,系统研究了该连接方式下装配式复式钢管混凝土柱中的钢筋锚固性能和锚固长度。并通过设计制作 36 个复式钢管混凝土柱的灌浆插筋锚固试件,采用拉拔试验方法研究了钢筋直径、位置、锚固长度、预制孔形式及直径、灌浆料强度、混凝土强度 7 个影响因素对浆锚钢筋在复式钢管混凝土柱中的锚固性能影响。研究结果表明:(1)试件的典型破坏形式包括钢筋未屈服拔出、钢筋受拉屈服拔出、钢筋拉断三种形式,主要发生钢筋屈服后试件破坏,锚固性能良好;(2)浆锚钢筋在灌浆料中的受力过程主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;(3)预制孔直径、混凝土强度、灌浆料强度越大,锚固钢筋锚固性能越好;(4)角部浆锚钢筋的极限承载力和极限黏结应力均比中部浆锚钢筋大;(5)复合钢管混凝土柱装配式连接的锚固长度建议根据《混凝土结构设计规范》进行计算确定,且预制孔直径不小于 2 d,且不宜小于 32 mm。

    • 陈东林,王学志,王晨晨,贺晶晶

      2023,43(6):1346-1357, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220404003

      Abstract:

      为改善混凝土高温后的力学性能,以 RTSF 和 PVA 体积掺量以及矿渣替代率为变量,设置四因素三水平的正交试验,测试 RTSF/PVA 矿渣混凝土在 200 ℃、400 ℃、600 ℃以及 800 ℃后的残余抗压强度;结合电镜扫描分析高温后 RTSF/PVA 矿渣混凝土的微观结构;并采用一种新结构的多变量灰色模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明:RTSF‐PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土,600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的 1/3~1/4,但裂纹分布较广;RTSF‐PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高, 总体上呈降低趋势,当掺量组合为 RTSF 掺量 0.6%、PVA 掺量 0.05% 以及 GBFS 替代率 25% 时,800 ℃后的抗压强度残余率为 56.64%,较素混凝土提高了 14.44%;通过电镜扫描观测到 RTSF‐PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密,混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀,导致 ITZ 出现缺陷,以及纤维与基体粘结力降低,两者共同作用导致强度降低;建立 NSGM(1,4)模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测,平均相对误差控制在 6.3% 以内,模型精度达到Ⅱ级,根据发展系数判断模型可以对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。

    • 张于晔,许凯,周广盼,袁万城

      2023,43(6):1358-1365, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210421002

      Abstract:

      分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用 ANSYS/LS‐DYNA 建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明:爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的反射超压分布规律与整体现浇桥墩有显著差别;在桥墩节段数目及爆心高度不变的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;基于分析数据,拟合得到不同比例距离爆炸作用下节段拼装桥墩和整体式桥墩反射超压分布的简化计算公式, 可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。

      • 1
    • 金友平,帅健,王旭,张圣柱,王如君,多英全

      2023,43(6):1366-1376, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220629004

      Abstract:

      为研究狭长受限空间内燃气燃爆灾害的演化规律,采用三维仿真软件 FLACS 分别建立全密闭和半密闭两种受限空间模型,对比研究了两种模型的火焰传播形态,并分析了两种模型在不同工况条件下的燃爆灾害规律。结果表明:两种模型的燃爆火焰形态显著不同;对于全密闭空间,长宽比的增大会促进火焰传播同时增大爆炸压力值的波动性,稍高于化学当量比的甲烷浓度产生的爆炸压力最大,并且富燃爆炸比贫燃爆炸的压力要高;对于半密闭空间,气云体积的增大加大了火焰传播距离的同时也提高了开口端的火焰速度,障碍物数量的增多使爆炸火焰呈现先促进后削弱的现象,并加大了最大爆炸压力和燃爆速度的变化幅度。

    • 王子挺,朱劲松

      2023,43(6):1377-1385, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220114005

      Abstract:

      为制定预防性维护方案提供支撑,探究了悬索桥极限承载力随时间长期退化规律。以我国某公路耐候钢砼组合加劲梁悬索桥为工程背景,建立了考虑钢梁、主缆和吊索三类主要钢构件截面特性与力学性能随时间退化模型;利用梁格法,采用 Mises 屈服准则,考虑几何非线性和材料非线性,基于 U.L. 列式编制杆系有限元计算程序, 计算分析了 3 种最不利荷载工况下的悬索桥的弹塑性极限承载力。结果表明:耐候钢梁的截面积损失 4.5%~ 11.7%,吊索截面积损失 6.8%,主缆截面积损失 1.1%,钢梁退化较快,随着荷载的增大,钢梁塑性区不断扩大使得主缆应力还未达到屈服应力,悬索桥就不能继续承载;荷载‐位移曲线随着桥龄增加表现形式不同,在 20 年以前有明显的拐点;极限承载力呈现缓慢下降的趋势,100 年下降 27.2%~32.4%。

    • 王龙,陈国兴,胡伟,周恩全,孙德安

      2023,43(6):1386-1394, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220509005

      Abstract:

      基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析改进水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,将传统塑性理论扩展至非饱和土中以考虑基质吸力对桩侧阻力的提升作用,与解析解对比验证了该方法的合理性。通过算例分析,揭示了吸力对非饱和土边坡稳定性及抗滑桩加固效果的强化作用,探究了非饱和土边坡的地震响应规律,研究了抗滑桩布设参数对支挡结构边坡稳定性的影响规律。研究结果表明:吸力对边坡稳定性的提升效果可达 20% ~ 50%,吸力效应与地震动特性密切相关,在地震波达到峰值时显著增强;水平和竖向加速度系数以及土剪切模量对边坡地震稳定性影响较大;桩距 D1/dp ≤ 4 时,抗滑桩加固效果较为显著并随摩擦角的增加得到强化,抗滑桩最佳桩位位于边坡中上部,且随摩擦角的增加逐渐减小,对应的加固效果也有所降低。

    • 徐锦宏,黄波林,聂邦亮,许凯凯,李滨

      2023,43(6):1395-1404, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220802003

      Abstract:

      三峡库区棺木岭危岩体基座岩体强烈劣化,稳定性持续下降,潜在涌浪灾害严重威胁九畹溪漂流景区和长江航道的安全。本文围绕棺木岭危岩体涌浪风险防控问题,开展了基于流固耦合数值模拟的危岩体涌浪危险性评估和涉水危岩体防治设计,研究表明:在景区旺季的 145 m 水位工况下,棺木岭危岩体失稳可能产生的涌浪最大高度约为 19.2 m,在对岸九畹溪旅游码头最大爬坡高度约 15.1 m,长江干流最大涌浪爬高约 1.6 m,严重威胁约 15 km 的九畹溪航道和长江航道安全。针对危岩体处于偏心受压状态和消落区基座岩体劣化情况,对其下部凹腔进行“模袋砼围堰+岩腔填充”的工程防治设计,使得棺木岭危岩体稳定性系数从 1.3 提升至 2.6。本次研究直接指导了棺木岭危岩体防治工程,可为库区其他涉水危岩体涌浪风险防控提供借鉴。

    • 闫家康,寇磊,曾斌,袁晶晶,孙小凡,刘位夷

      2023,43(6):1405-1414, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220602002

      Abstract:

      五峰集镇地质环境背景条件复杂,特别在汛期降雨影响下滑坡地质灾害频发,因此开展五峰集镇滑坡空间预测评价和降雨阈值研究,不仅对研究区滑坡的防灾减灾具有实际指导意义,同时对基于降雨阈值的滑坡危险性评价方法研究也具备较好的参考价值。本文以降雨型滑坡多发的五峰集镇为例,利用地理探测器法准确选取研究区评价因子,综合层次分析模型与 BP 神经网络模型计算全区易发性指数,得到基于斜坡单元的滑坡易发性分区;同时,统计每个滑坡点的降雨历时及有效降雨强度,分析研究区滑坡的致灾雨型,绘制诱发鄂西山区滑坡灾害发生的临界降雨 I‐D 阈值曲线,得到设计工况下的时间概率;综合易发性分区和时间概率得到基于有效降雨阈值的鄂西山区五峰集镇滑坡危险性分区图。研究结果表明:五峰集镇滑坡高和极高易发区占研究区总面积的 27.12%,主要分布于研究区大型河流两岸;五峰集镇滑坡发生 10%、50%、75%概率的阈值曲线分别为 I = 31.42 × D-0.786 94I = 68.11 × D-0.786 94I = 84.74 × D-0.786 94 ;五峰集镇滑坡高和极高危险区占研究区总面积的 19.33%,主要分布于研究区中部及东南部河流两岸。本文所构建的五峰集镇滑坡危险性评价体系,以及适用于鄂西山区的基于降雨阈值滑坡危险性评价方法,能够为山区地质灾害防控以及危险性评价研究的不断完善提供有益参考。

    • 马云峰,彭森,葛苗苗,朱才辉

      2023,43(6):1415-1424, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220718005

      Abstract:

      黄土高填方地基上部建筑的工后沉降及施建时间问题是目前研究的热点。以某黄土沟壑区新区建设中的高填方工程为背景,基于试验段工后沉降监测结果,运用 MIDAS/GTS‐NX 数值反演分析方法来获取填方土体蠕变力学参数,并针对不同偏心距及施建时间下高层和低层建筑物地基的工后沉降特征开展了系统研究。结果表明: (1)基于实测资料的分层迭代反演分析方法所得填土体参数较准确反应黄土高填方土体的实际受荷状态及上部建筑基础的工后沉降特征。(2)当低层或高层建筑偏心距 w=0 m 或 w=221 m 时,局部倾斜最小且均满足局部倾斜 f< 0.002 要求,建议低层建筑施建偏心距 w≥157 m,工后施建时间 t≥1.21 年;高层建筑施建偏心距 w≥155 m,工后施建时间 t≥1.5 年。通过本文的研究,可为类似“上山建城”高填方顶部建筑的施建位置及工后施建时间提供科学参考。

    • 张嘉成,万旭升,路建国,高佳佳,刘骏霓,周晓曼

      2023,43(6):1425-1433, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220504003

      Abstract:

      硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一,特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下,掺纳米 SiO2和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性,并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明:随着纳米 CuO 掺量的提高,混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低;当纳米 SiO2掺量增加时,混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土,掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时,对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量,纳米 SiO2和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%(质量分数)。此外,纳米材料具有桥接和填充效应,能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度,进而提高混凝土的力学性能。

    • 陈天楠,邓华锋,李建林,刘立鹏,陈兴周,李涛

      2023,43(6):1434-1444, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220415001

      Abstract:

      为探究应力路径对灰岩卸荷力学特性的影响机制,考虑恒偏压卸围压、恒轴压卸围压及加轴压卸围压三种卸荷应力路径,分别进行了卸荷试验和数值模拟,分析了不同卸荷应力路径下灰岩的能量释放规律及细观损伤演化规律。研究结果表明:(1)卸荷应力路径对灰岩宏观力学特性影响显著,恒偏压卸围压路径下,岩样卸荷强度最低, 变形模量与泊松比变化趋势最缓,但变化幅度最大,而加轴压卸围压路径下,其卸荷强度最大,但变形参数变化幅度较小;(2)三种卸荷应力路径下,卸荷过程中耗散能占比大小依次为恒偏压卸围压>恒轴压卸围压>加轴压卸围压,弹性应变能占比大小则为加轴压卸围压>恒轴压卸围压>恒偏压卸围压,说明外力所做的功在恒偏压卸围压方案下多转化为耗散能用于裂纹发育,对应破坏时的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下多转化为弹性应变能储存于岩样内部,卸荷破坏更为突然;(3)数值模拟结果分析发现,恒偏压卸围压方案下,卸荷过程中的裂纹总数量和张拉裂纹占比最大,卸荷损伤程度最高,对应的损伤变量最大,而加轴压卸围压方案下岩样的裂纹数量最少,损伤变量最小,卸荷过程中岩样内部的细观损伤发育规律进一步说明了应力路径对其宏观力学特性的影响。

    • 谢嘉豪,李建东,王旭,张延杰,蒋代军,王兴为

      2023,43(6):1445-1453, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220616001

      Abstract:

      冻融循环作用显著影响固化剂加固效果和固化土物理力学特性。为研究冻融循环作用对 F1 加固黄土强度与微观结构特性的影响,对不同掺量、不同冻融次数的 F1 固化黄土试样开展三轴不固结不排水试验及电镜扫描试验,探讨冻融前后 F1 加固黄土抗剪强度参数及微观孔隙结构变化规律。研究发现,F1 可显著改善黄土持水特性和压实特性。当 F1 掺量为 0.3 L/m3 最佳掺量时,与黄土相比,F1 固化黄土塑限和最优含水率分别减少 2.65% 和 7.22%,液限和最大干密度分别增大 7.92% 和 9.83%;F1 显著增大黄土黏聚力与内摩擦角。0 次和 15 次冻融循环时 ,与未冻融黄土相比 ,0.3 L/m3 掺量 F1 固化黄土的黏聚力分别增大 36.82% 和 16.64%,内摩擦角分别增大 16.92% 和 4.63%;与黄土相比,冻融循环 15 次时 F1 固化黄土中微孔隙增大 6.28%、小孔隙减少 17.84%,孔隙面积比和平均分形分维数分别减小了 20.4% 和 0.67%,表明经 F1 固化后黄土形成更加稳定的层状堆叠结构,显著改善冻融循环作用下微、小孔隙的演化和发育,提高密实度、增强力学性能和抗剪强度。

    • 张红军,张太平,王奎峰,许艳,王薇,王强,张龚

      2023,43(6):1454-1462, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20221009002

      Abstract:

      为研究地铁隧道在上覆富水砂层下的变形特征,以典型上覆富水砂层隧道—青岛地铁 2 号线啤—苗区间为工程研究背景,采用 FLAC 3D 数值模拟软件对不同富水砂层厚度与隔水层厚度工况下隧道掌子面位移、塑性区变化特征进行了研究分析。研究结果表明:隔水层厚度是影响掌子面是否发生涌水涌砂的主控因素,在开挖过程中应时刻注意富水砂层距离隧道顶板的安全距离,临界隔水层的厚度为 3 m。同时,当隔水层厚度越大、富水砂层厚度越小时,掌子面变形就会越小。以临界工况为研究对象,通过分析开挖过程中隧道拱顶—拱腰—掌子面应力和位移变形规律,引入了位移释放系数和应力释放率两参数来揭示围岩与掌子面在隧道开挖过程中的影响关系。通过进一步拟合掌子面失稳破坏预测方程,得到了掌子面变形释放率拐点先于同一断面围岩径向变形且发生在开挖到目标断面之前的重要结论,因此在实际隧道开挖过程中应将掌子面的变形作为首选敏感监测指标。研究结果可为该不良地质条件下隧道掌子面稳定性和预加固时机选择提供一定的理论指导。

    • 综述
    • 付忠余,尹训强,王桂萱

      2023,43(6):1463-1475, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20220822002

      Abstract:

      实时混合模拟试验技术既可以控制实验成本与规模,又可保证试验数据的准确性,在地震工程中具有良好的发展前景。其中,OpenSees 软件具有灵活高效、材料全面等优势,被广泛作为实时混合模拟试验的数值子结构分析平台。首先,探讨了实时混合模拟试验技术发展历程,梳理了国内外发展重要时间节点;其次,对实时混合模拟理论基础,即实时演算的迭代积分算法的分类与作用进行阐述说明;然后,探究以 OpenSees 软件为数值子结构模拟分析平台,通过 OpenFresco 搭载 TCP/IP 协议实现数值子结构与物理子结构数据交互的混合模拟试验,并依次介绍了国内外重要研究进展;最后,归纳了当前实时混合模拟试验在数值计算与伺服作动器加载方法中存在的问题, 并总结现有的实验精度补偿方法。

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    • 2023年甘肃积石山Ms6.2地震宏观灾害特征与若干思考

      蒋伟,王永志,袁晓铭,汤兆光,陈龙伟,聂桂波,李兆焱,张昊宇,汪云龙

      Abstract:

      2023 年 12 月 18 日甘肃省积石山县发生了 Ms6.2 地震,与以往同等级地震相比,其表现出“同震重灾”特征和 引发了特殊流滑地质灾害。通过现场震害调查、走访受灾群众和搜集地质资料及相关文献,重点探讨了本次地震 的发震背景和孕育地质条件,对比了宏观烈度分布特征及与仪器烈度差异,统计了不同民居房屋的典型震害特征 及所占比例,调查了造成人员伤亡的主要成因;踏勘了次生流滑灾害宏观特征,对揭示其成因与触发条件提出了若 干关键问题。结果表明:宏观与仪器烈度具有较为明显差异,原因主要为地形地质条件复杂、不同乡镇经济发展水 平与房屋抗震设防能力差异及烈度仪布设缺乏统一标准;强震观测记录地表加速度明显大于 2021 年漾濞 Ms6.4 地 震,烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ区面积分别为 2022 年芦山 Ms6.1 地震的 2.3、1.5、2.5 倍,为造成同级地震重灾的一个重要成因;泥 流掩埋摧毁房屋、炕头相连淋浴间隔墙倒塌及地震发生在深夜是造成本次地震人员伤亡重的重要因素。流滑区域 长约 3 km,前后高程差约 85 m,总面积约 39 万 m2,漫出地面约 3 m 高,塌陷区残留若干孤岛,其可能为长期农田灌 溉、地下水体富集、地震主振方向与泥流运动和天然沟谷方向相同等外在因素和黄土湿陷、土体液化等内在机理综 合诱发,具体成灾诱因、物理机制和触发条件需多种手段联合验证。调查证明,按照抗震设防标准进行房屋建设和 既有建筑加固,强化农村居民防震减灾意识和应急避难知识,是减轻地震造成人员伤亡的有效措施。

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    • 地下连续墙受力变形光纤监测与数值模拟研究

      刘天翔,朱鸿鹄,程刚,谭道远,魏广庆,施斌

      Abstract:

      地下连续墙是一种常见的深基坑支护方式,具有刚度大、防渗性能好、适应范围广等优点,但其受力变形规律较为复杂。本文基于超弱光纤光栅感测技术,对某地铁车站基坑地下连续墙水平位移进行实时监测。将监测数据与数值模拟结果进行对比,验证了数值分析模型选取的合理性,并基于该数值分析模型研究了不同厚度软土层中,地下连续墙水平位移的变化规律,通过墙体位移梯度(Dw)和软土位移梯度(Dr)进行临界厚度比计算。研究结果显示:水平位移随软土厚度的变化呈“凸肚”状,沿深度方向划分为相对稳定区、线性增长区、最大变形区和线性下降区。利用Dw和Dr标定出临界厚度比为0.24;土压力变化在基坑前四步开挖过程中较为稳定,而在第五步开挖与施工后40天变化显著。上述研究结果为类似工程的设计、施工和监测方案的制定提供了重要参考。

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    • 阿汝冰崩-碎屑流运动过程反演及预测模拟研究

      李扬,汤明高,帅奕垚,赵欢乐,李超瑞,倪文涛,李广

      Abstract:

      冰崩作为冰冻圈最具灾难性的地质灾害之一,具有运动过程复杂、预测难度高、致灾后果严重等特点。2016年7月17日和9月21日在西藏阿里地区发生了两起巨型冰崩-碎屑流事件,对当地居民生命财产安全以及生态环境造成了严重危害,利用PFC3D反演了这两次冰崩-碎屑流运动过程,在此基础上对周边区域潜在冰崩隐患进行了预测模拟研究。结果表明:(1)两次冰崩-碎屑流运动时间分别为300s和240s,颗粒平均速度峰值分别为32.05m/s和34.80m/s,第一次冰崩入湖体积约为8.47×106m3;(2)前后部分的能量传递是冰崩-碎屑流产生高速远程运动的关键机制;(3)预测阿汝85号冰川(冰崩隐患)发生冰崩后形成的西北侧主堆积区面积约为1.1km2,东北侧小堆积区面积约为0.3km2,危险区面积共计3.28km2;该成果对于青藏高原的冰崩防灾减灾工作具有一定科学价值和现实意义。

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    • 气幕均匀性影响因素及其隔尘效果研究

      王佩,蒋仲安,王慧

      Abstract:

      近年来,空气幕作为一种有效隔绝易于扩散粉尘的装置,被频繁的用于矿山、隧道施工过程中产尘较多的场所,而均匀的气幕会带来更佳的隔尘效果。运用Fluent数值模拟结合相似实验的方法分析了气幕直径和气幕内部风道结构变化对气幕均匀性的影响,并将设计后可以均匀供风的气幕安装在实际施工隧道模型中模拟分析其隔尘效果。结果表明:直径增加,供风装置内气流轴向惯性力降低,有充足的时间改变流出方向,气幕装置轴向静压更加均匀,形成气幕更加均匀,但直径的变化对气幕均匀性的影响不是线性变化的,即存在一个临界直径使直径继续增加对均匀性的改善效果不明显,并且气幕临近直径的范围会随供风装置长度的增加而增加;在长度1m、临界直径180mm的气幕装置基础上,依据风道设计原理安装计算出的弧高为149.9mm的楔形扇面阻体后,气幕装置内部平均压力梯度从38.4Pa/m降低到19.3Pa/m,出口风速均匀度从87.6%提高到了93.2%,气幕均匀性显著提升;安装气幕后,隔尘区域内回弹的含尘气流被阻隔,区域内风流变得混乱复杂、涡流增加,粉尘停留时间增加,相对较大的粉尘颗粒有更长的时间沉降。整个隔尘区域粉尘浓度明显升高,气幕隔尘效果显著。

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    • 超高延性混凝土加固砌体墙抗震性能研究

      吴孝鑫,谢 群,赵 鹏,井玉炜,林明强

      Abstract:

      为研究超高延性混凝土(Ultra-High Ductility Concrete,UHDC)加固砌体墙的抗震效果,对两个实心墙和两个空斗墙进行了低周反复加载试验,试验发现与未加固墙相比,加固后实心墙承载力提升31%,峰值位移降低了30%;加固后空斗墙承载力提升了223%,峰值位移提高了471%。利用OpenSees软件对UHDC加固墙体进行了建模分析了不同加固层厚度、加固方式及竖向压应力等因素对抗震性能的影响。研究结果表明:对于实心墙,加固层厚度为10mm、20mm、30mm时,峰值承载力分别提高16.0%、36.2%、56.1%,峰值位移分别降低了28.3%、26.7%、26.7%;对于空斗墙,加固层厚度为10mm、15mm、20mm时,峰值承载力分别提高117.4%、179.5%、243.4%,峰值位移分别提高345.5%、522.7%、506.1%.当竖向压应力为0.6MPa和0.9MPa时,实心墙峰值承载力较0.3MPa时分别提高16.8%和33.0%,峰值位移分别降低12.0%、16.0%;空斗墙峰值承载力较0.15MPa时提高6.5%和10.5%,峰值位移分别提高2.8%、0.0%。当分别采用整面加固、斜交条带加固、正交条带加固时,实心墙峰值承载力分别提高36.2%、12.0%、5.4%,峰值位移分别降低26.7%、28.3%、28.3%;空斗墙峰值承载力分别提高179.5%、80.1%、39.3%,峰值位移分别提高522.7%、203.0%、203.0%。最后提出了UHDC加固砌体墙抗剪承载力计算公式,经与试验和模拟结果比较,其理论值具有较好的精度,可为加固设计提供理论支持。

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    2023年第43卷第6期
      前瞻论坛
    • 刘汉龙,任辉启,陈军,仉文岗,李喆,殷跃平,张勤,王鲁琦

      2023,43(5):917-922, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20230921004

      Abstract:

      在全球气候变化及地质活动日益活跃的孕灾大环境下,我国亟待实现自然灾害的快速高效应急处理,相应的灾害防控产业升级同样势在必行。结合自然灾害防控关键环节的发展方向,通过文献整理、现场调研、专家咨询及问卷调查等方式,分析了自然灾害防控产业面临的问题与挑战,开展自然灾害防控产业技术突破与发展路径的研究,提出以下对策措施:构建更为完善的标准化体系,严格核定从业资格,实时把控自然灾害防控产业的市场动态, 保障产业市场良性竞争;立足本土化发展优势,集群化发展自然灾害防控产业,贯通自然灾害多产业链条;以自然灾害防灾减灾的基础研究为主导,通过理论创新和技术迭代,完成自然灾害产业升级,提升产业整体性、系统性和协同性,打造防灾减灾产业端的国际核心竞争力。本文将为自然灾害防控的产业高质量快速发展提供前瞻性、针对性、储备性的科学参考。

    • 重大灾害“机理、监控和风险研究”专栏
    • 张 磊,施 斌,魏广庆

      2020(5):698-705, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.003

      Abstract:

      在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。

    • 周云,陈章彦,郭阳照,张超

      2021(4):753-767, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.04.005

      Abstract:

      为改善普通填充墙(板)结构的抗震性能,基于黏弹性阻尼器的原理和构造,提出一种构造简单、减震机理明确、具有自主知识产权的新型减震填充墙(板)。本文介绍减震填充墙(板)的构造及工作原理;给出适合构筑减震层的材料及其滞回性能;对减震填充墙(板)单元、带减震填充墙(板)平面框架进行性能试验,揭示减震填充墙(板) 通过相邻砌体(墙板)单元间的相对运动迫使减震层发生剪切滞回变形、耗散地震输入能量的减震机理,建立减震填充墙(板)平面内“双斜撑”力学模型;通过带减震填充墙(板)三维框架的动力时程分析,验证地震下减震填充墙 (板)可通过削减墙体自身对主体结构的刚度效应,显著降低对主体结构动力特性及抗震性能的影响,保护墙体不破坏的有效性;对减震填充墙(板)的平面外性能进行试验及分析,揭示减震填充墙(板)“拱承载机制”的平面外工作机理及“四铰拱”的破坏模式;介绍减震填充墙(板)在楼梯间、(震损)加固建筑等应用场景中的原理及构造;给出减震填充墙(板)今后研究的问题及方向。

    • “重大灾害的机理、监控和风险研究”专栏
    • 甄亿位,刘曙光,钟桂辉,周正正,方琦,郑伟强,梁冀雨

      2022(1):1-11,23, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20210416004

      Abstract:

      受“5·12”汶川大地震对地表强烈扰动影响,汶川县近年来山洪灾害频发,对当地村镇房屋造成了严重破坏。 汶川县 2019 年和 2020 年连续两年发生了“8·20”和“8·17”群发性特大山洪灾害,以两场山洪灾害中部分受损村镇建筑为研究对象,通过灾情数据挖掘和典型案例分析,总结了不同结构类型建筑破坏特征、沿河建筑破坏程度空间差异性和建筑遮掩效应等破坏特点以及冲击、冲刷、淤埋、浸泡等破坏方式。根据调研分析,结合山洪破坏特征,对现有建筑破坏等级标准进行改进,提出了山洪灾害下村镇建筑破坏分级标准。应用随机森林算法和统计分析方法, 从水深暴露性、选址暴露性、物理脆弱性等方面综合分析了建筑洪灾破坏的主要影响因素及其作用关系。最后基于建筑受灾破坏情况分析,提出了提高山区村镇建筑防洪减灾能力的对策和建议。

    • 于锋,张陈蓉,黄茂松

      2020(4):623-632, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.04.017

      Abstract:

      海上风电大直径单桩基础长期承受来自环境效应的循环荷载以及海床的冲刷作用,冲刷条件下的水平受荷单桩的循环加载特性是海上风电桩基础设计关注的内容。开展了砂土中大直径和小直径单桩基础冲刷条件下长期循环加载的模型试验,探讨了冲刷深度和循环加载幅值对两种基础形式长期承载变形特性的影响。试验研究表明:砂土中循环加载提高了循环后的单桩承载力,其中小直径桩循环后的水平承载力提高更为显著。冲刷导致循环后的单桩承载力下降,随着冲刷深度增加该效果越明显。在循环加载初期,小直径桩残余累积变形的增加速度小于大直径桩。循环次数大于1 000次冲刷深度为2倍桩径条件下,小直径桩的累积变形趋于稳定,大直径桩的累积变形仍继续发展。通过在无量纲循环加载幅值参数中引入冲刷深度对承载力的影响,建立了冲刷条件下两种不同直径桩基的水平循环累积位移计算模型,适用于考虑冲刷影响的单桩长期水平循环累积变形预测。

    • 重大工程的机理、监控与风险研究
    • 杨东旭,游勇,王军朝,杨栋,刘建康

      2020(6):841-851, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.001

      Abstract:

      为详细调查拟建川藏铁路沿线帕隆藏布流域冰碛物的物理力学特征,评估冰碛物作为地质灾害物源和工程地基的稳定性,选取帕隆藏布流域32处典型冰碛物为研究对象,通过开展天然密度、含水率、颗分、大型直剪、三轴剪切、膨胀性、渗透性等原位试验和室内测试,结合现场剖面测绘等调查手段,总结了冰碛物的分布与沉积特征和物理力学参数特征,统计了不同参数间的相关性。结果表明:冰碛物物理力学参数与含水率、孔隙比及粘粒含量密切相关,其中天然密度和压缩模量均与孔隙比呈线性负相关,而垂直渗透系数和自由膨胀率与粘粒含量呈二次方关系,抗剪及抗压强度与孔隙比和含水率呈二元函数关系。通过分析冰碛物在三种不同沉积部位(现代冰舌前缘、冰川谷中游、沟口主河岸坡)的起动方式,初步探讨了冰碛体的稳定性及其在川藏铁路、川藏高速公路等重大工程中的不同应用对策(桥隧绕避、工程边坡、路堑或地基等)。

    • 江昊琳,郑江蓉,何斌,鲍海英,代宪鹏,单菡,王大伟

      2021(4):909-916, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.202107015

      Abstract:

      江苏地震监测工作始于 1930 年南京北极阁地震台的创建,经过几代地震工作者的不懈努力和探索创新,地震监测能力和技术水平发生了质的飞跃。回顾江苏地震监测系统发展历程,从 1932 年 6 月维歇尔地震仪正式投入观测,到现今在全省分布的涵盖测震、地磁、地电、形变、流体的多学科地震监测网络。地震监测历经了地震仪器从外国引进到完全自主研发,从模拟观测到数字化网络化观测,从人工识别波形到 AI 自动识别地震事件的飞速发展。 近年来,随着科学技术的日新月异,观测技术的不断发展,地震观测设备的不断完善更新,覆盖全省的测震台网、前兆台网、流动监测网取得了丰富的地震监测成果,获取的大量观测数据被广泛应用于地震速报、地震预测研究、地震灾害防御、地震紧急救援以及地震科学研究,为江苏的经济社会快速发展提供了坚实的地震安全保障。鉴往知来,回顾江苏地震监测的发展历程,致敬老一辈科学家的励精图治,地震监测科技发展薪火相传,服务全省高质量发展,书写江苏地震监测新的发展史。

    • “重大灾害的机理、监控和风险研究”专栏
    • 陈大伟,吴志坚,梁超,周晗旭

      2022(1):24-33, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.20201024001

      Abstract:

      2019 年 9 月 14 日,甘肃省定西市通渭县发生大型黄土滑坡。通过对该黄土滑坡的现场调查和无人机航测,查明了孕育滑坡的地形地貌、水文地质等条件,对滑坡体的形态特征、结构特征和运动模式进行深入研究,揭示了常家河滑坡的致灾机理。运用高密度电法对滑坡体进行探测,探明滑坡区域的地层结构、滑体厚度、地下水分布及空间展布情况。结合有限元法和严格的极限平衡法计算坡体的稳定性,得到降雨条件下滑坡坡体的最大剪应变区域分布及斜坡稳定性随着降雨持时的变化规律。研究结果表明:(1)通渭滑坡整体形态呈圈椅状,分为 3 个典型破坏区域,形成大量垂直陡坎,黄土滑动厚度约为 8~50 m;(2)通渭滑坡属“牵引?推移”式顺层滑坡,运动方式为“坡脚失稳牵引?中部受阻滑移?后部失稳推移”;(3)地下水多为裂隙岩溶水,地层结构不明显,早期地震等地质构造活动对地层形状影响较大;(4)黄土斜坡稳定性受降雨持时影响持续降低,斜坡最大剪应变区域多分布于斜坡中上部, 且从泥岩接触面向坡面发展;(5)降雨是触发通渭滑坡的最直接因素,冲沟发育、河流侵蚀与农业生产活动是重要的孕灾条件。

    • 武沛松,王建,欧进萍

      2020(3):317-325, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.03.001

      Abstract:

      隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于“大震不倒”设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于“大震不倒”设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。

    • 论文
    • 邵俊虎,占玉林,陈宁,向正松

      2022(1):81-91, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.202003018

      Abstract:

      针对世界范围内时有发生的船舶撞击桥梁事故,为研究桥墩在驳船撞击下桥墩的动力响应与损伤特征,建立了驳船?桥墩碰撞的有限元模型。通过与已有落锤冲击试验的结果进行了对比,对本文有限元模型的可靠性进行了验证。基于本文建立的驳船?桥墩碰撞有限元模型,分析了 1 000 t 驳船以 4 m/s 速度撞击下桥墩的动力响应与损伤变化机理,并研究了驳船撞击速度、撞击吨位、撞击点以及轴压比对损伤特征的影响规律。结果表明,桥墩较不利部位为撞击点区域与墩底区域,钢筋应变率效应使钢筋屈服强度提高 11.7%~22%,一定程度上会增大桥墩抗力; 撞击速度与吨位会影响桥墩的损伤程度,但不会影响桥墩的损伤特征;撞击点与轴压比的变化会改变桥墩的损伤程度与特征;随着撞击点的减小与轴压比的增大在一定程度上会增大桥墩的抗撞能力。

    • 重大灾害“机理、监控和风险研究”专栏
    • 刘国阳,李俊杰,康 飞

      2020(5):679-689, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.001

      Abstract:

      采用三维非连续变形分析(3D DDA)方法输出滚石动能和运动轨迹,其结果与现有室内实验和数值模拟方法进行比较,验证了 3D DDA 方法的准确性。通过分析滚石平台对不同坡高、不同坡角、不同折点位置的岩质边坡滚石动能、运动轨迹的影响,研究了滚石平台对滚石运动的影响规律。最后,以西藏高原朗村复杂坡形岩质边坡为工程背景,分析了坡底平台对滚石灾害的防护作用。结果表明:滚石平台可降低滚石动能,改变滚石运动轨迹,减小滚石对坡底防护结构或交通线路等结构物的冲击作用。同时,给出不同边坡特征下滚石运动及相应的平台设计宽度总体规律,为滚石平台设计提供依据。

    • 卓卫东,王志坚,廖丽云,蔡哲罕,王宏达

      2020(4):483-489, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.04.001

      Abstract:

      为显著提高强震区高墩桥梁结构的抗震性能,基于可恢复功能抗震设计原理,提出钢管混凝土柱?软钢消能元件组合箱形截面高墩桥梁的设计概念。以山区某常规RC箱形截面高墩连续刚构桥为工程背景,进行新型组合截面高墩桥梁试设计;分析了新型组合截面高墩桥梁在作用基本组合下的静力性能和地震组合下的抗震性能,并对比分析了其与常规RC箱形截面高墩桥梁在E2地震作用下的抗震性能。结果表明:①作用基本组合下,新型组合截面高墩桥梁能够很好地满足结构承载力和稳定性要求;②在E2地震作用下,常规RC箱形截面高墩桥梁出现中等程度的破坏,而新型组合截面高墩桥梁仅有可更换的软钢消能元件发生塑性变形,表明其具有地震可恢复性;③在E2地震作用下,新型组合截面高墩桥梁的地震位移反应明显小于常规RC箱形截面高墩桥梁的地震位移反应。

    • 刘薛宁,陈国兴,任炜,金丹丹,许汉刚

      2020(4):498-508, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.04.003

      Abstract:

      土体非线性性能对地表地震动的影响主要体现在其频谱成分和强度的改变上。采用修正Matasovic本构模型描述土的动力非线性特性,利用专业软件DeepSoil对深厚场地的50个钻孔剖面土柱模型进行了场地地震反应分析。采用加速度反应谱卓越周期Tp、平均谱周期Tavg及加速度傅氏谱平均周期Tm表征地表地震动频谱特性;以Arias强度Ia和地表峰值加速度PGA表征地表地震动强度。结果表明:(1) 特定场地条件下,Tp不能反映土体非线性对地震动从基岩传播至地表时频谱成分变化的影响;Tavg和Tm在表征地震动频谱成分特性时具有较高的一致性;(2) 基岩地震动高频丰富时,Tavg和Tm随着基岩地震动峰值加速度的增大而呈现出线性增长的趋势;而基岩地震动低频较发育时,Tavg和Tm的增长趋势线存在明显的拐点;(3)PGA与Ia值随基岩地震动峰值加速度的增大呈现出基本一致的非线性增长趋势,且其离散性均随基岩峰值加速度的增大而增大。

    • 李洋,许成顺,杜修力

      2020(3):326-336, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.03.002

      Abstract:

      在日本阪神地震中遭受地震破坏的地铁地下结构中,仅大开车站中标准段一处区域发生了完全塌毁,其它地铁车站、隧道的震害程度均相对其要轻微。利用能够合理模拟地下框架结构损伤破坏的数值分析模型,对大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构的地震破坏反应进行了数值模拟分析,探讨了造成上述现象的原因。结果表明:不同断面宽度以及埋深导致大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构所受的上覆土压不同,使三者立柱在地震作用中处于不同的轴压比状态下工作,并使得三者不同刚度的结构框架在地震作用中出现不同程度的损伤与刚度退化,继而导致三者立柱出现了不同程度的水平相对变形。最终大开站标准段立柱由于较高的轴压比下受到过量的水平相对变形而发生破坏,从而导致整体框架结构的严重破坏;其余二者则由于立柱处于较低的轴压比下,所受水平相对变形处于立柱变形能力范围内,而未发生立柱破坏,进而使得整体框架保持了承载能力。

    • 论文
    • 刘康琦,刘红岩

      2022(1):224-230, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.201909030

      Abstract:

      目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡,忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡,而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡,忽略了块石的存在。利用数字图像处理技术,建立某一实际土石混合体边坡的细观结构模型,利用有限差分软件 FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地震荷载作用下的变形及稳定性。结果表明:土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏,随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏,最终形成完整的破坏带;土石混合体边坡的滑面受石块位置制约,具有“绕石现象”;在相同地震荷载作用下,土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢,最终产生的永久位移比等效均质土坡产生的永久位移小,块石的存在增加了土石混合体边坡的抗剪强度,提高了其稳定性。

    • 王笑,陈辉,王赵明,张东,赵溦

      2020(3):460-466, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.03.019

      Abstract:

      提出了考虑软土蠕变效应的路基沉降有限元反演分析方法,通过Matlab语言将Abaqus有限元分析软件嵌入改进的鲸鱼算法中,实现了软土地层计算参数快速而又准确的获取。并采用修正的Drucker?Prager屈服准则模型与“时间硬化”蠕变法则耦合模型模拟考虑蠕变效应的路基土体的沉降变形情况。为了验证该方法的可靠性,构建了某跨越软土地区的高速公路路基有限元反演模型,模拟了整个施工期内路基的变形情况,结果表明,反演分析得到的路基变形情况与实测值有较高的一致性。另外,利用反演分析得到的计算参数预测了工后10年的路基与路面的沉降情况,为该公路的运行与管理提供很好的理论指导。

    • 陈国兴,吴琪,孙苏豫,赵凯,Charng Hsein Juang

      2021(4):677-709, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2021.04.001

      Abstract:

      地震引起的土壤液化是造成全世界范围内重大地震灾害的主要原因之一。这是岩土地震工程界长期关注的一个复杂现象。土壤液化评估是工程实践中不可或缺的一项工作。本文概述了过去 50 年土壤液化评价方法研究的发展和演变,重点在于从确定性方法和概率法分析的角度回顾土壤液化评估的简化方法所取得的最新进展。最近 20 年里,这些简化方法在两个方面取得了新的进展:(1)现场液化调查数据库的案例数量和质量提升,现场案例由一种或多种原位测试(如标准贯入试验,静力触探试验,剪切波速测试,和动力触探试验)进行描述;(2)各种不确定性的认识和概率评价方法的发展。通过对这些进展的回顾,提供了一些见解;并对循环应力比和液化强度计算的几个不确定性校正因素进行了讨论;对几种有代表性的液化评价方法进行了比较,并讨论了液化评价中遇到的共性问题。通过对数十年来土壤液化评估的研究、发展和实践经验的总结,为下一代土壤液化评估方法提供了前景。

    • 陈国兴,杨文保,岳文泽,秦悠

      2020(1):1-8, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.01.001

      Abstract:

      为探究金塘海峡各类海洋土的动剪切模量G与阻尼比λ特征,对金塘海峡四个钻孔不同埋深的各类原状海洋土进行了系列室内共振柱试验,试验结果表明:(1) 各类海洋土均呈现出“低剪切模量,高阻尼比”的强非线性与滞后性特性;各类海洋土的最大动剪切模量Gmax均随埋深的增加而增大,且粉质黏土、粉土、粉质黏土混粉砂、粉砂的Gmax随埋深的增长速率依次减慢。(2) 随着埋深的增加,各类海洋土的G/Gmax — γ曲线移向右上侧,非线性特性减弱;相反,λ — γ曲线移向右下侧,土体的滞后性减弱。(3) 给出了金塘海峡各类海洋土G/Gmax — γ和λ — γ曲线随埋深变化的参数值。

    • 肖诗豪,张洁,葛一荀,孔明

      2020(4):490-497, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.04.002

      Abstract:

      采用极大似然法对确定性剪切波速液化判别模型进行了标定,在此基础上提出了基于剪切波速的土体液化概率判别模型。结果表明,由对数正态分布、正态分布、最小耿贝尔分布以及最大耿贝尔分布获得的液化判别曲线在液化概率为5%和15%时有一定差异,在液化概率为35%时区别不大。根据贝叶斯信息准则,由最小耿贝尔模型标定的模型修正系数与液化案例数据库符合程度最好。Andrus和Stokoe液化模型修正系数的均值为0.879,说明该模型获得的安全系数从平均意义上小于真实安全系数;变异系数为0.387,表明该模型具有一定程度的模型不确定性。本文所建立概率模型的液化判别曲线与文献中基于贝叶斯映射函数获得的液化判别曲线较为一致,与文献基于逻辑回归方法获得的液化判别曲线在高循环应力比区域有较大差异。

    • 重大灾害“机理、监控和风险研究”专栏
    • 黄 成,陈宁生,张友谊,张 勇

      2020(5):690-697, DOI: 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.05.002

      Abstract:

      九寨沟“8·8”地震后发育大量的土质斜坡崩滑灾害,这一类型的崩滑斜坡坡体较为破碎,厚度较小。传统的传递系数法计算模型应用于这类崩滑斜坡稳定性计算时,存在将边坡整体计算及不能反映局部崩滑稳定性的问题。将崩滑斜坡破碎程度分为:极度破碎、高度破碎、中度破碎、轻度破碎以及不破碎,基于传递系数法,考虑了坡体的 5种破碎程度,对滑坡稳定性系数以及推力大小计算模型进行改进。并以九寨沟县热西寨老电站对面崩滑为例,对比了两种计算方法的结果。结果表明:分块差异稳定性计算模型比传统计算方法得出来的数值更符合实际情况,即分块法计算每个滑块稳定性存在差异,有的在极端工况下处于欠稳定,有的处于不稳定状态。基于分块法差异计算结果,得出了崩滑斜坡的分块防治模式。

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