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《浙江大学》 2004年
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非平稳随机地震下堤坝非线性有效应力动力响应可靠度分析

潘晓东  
【摘要】:本文运用随机动力有限元法,对可液化地基与堤坝在非平稳随机地震输入下进行了动力响应的可靠度分析。本文主要完成了以下工作: 1、根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)的地震影响系数曲线,通过时间包络函数考虑地震的非平稳特性,利用加速度峰值等效原则迭代计算得到地面的加速度功率谱密度。然后运用半无限长剪切梁上的一维波动方程,将得到的地面加速度平稳功率谱密度作为地面边界上的虚拟稳态输入,通过迭代计算反演得到非线性分层地基下基岩的加速度平稳功率谱密度曲线,并采用与地面相同的时间包络函数考虑基岩地震动的非平稳性。通过以上方法建立了与抗震规范相对应的基岩非平稳地震动输入,为随机分析提供了输入基础。 2、基于饱和多孔介质的Biot动力固结方程,建立了一套μ-p格式的二维有限元分析方法。通过Hardin-Drnevich动力本构关系的等效线性化法考虑土体的非线性特性。利用动三轴的液化试验和震陷试验数据,将振动孔压与残余应变作为初应变引入Biot动力固结方程之中。通过对Blot动力方程右端项进行分离,使动力方程分为与地震加速度项相对应的零均值振动项和与振动孔压和残余位移相对应的均值项。在第一分离中引入虚拟激励法,考虑了地震的随机性,并通过概率平均法计算单元的动力模量、阻尼比、振动孔压及残余剪应变。通过以上方法建立了一套在非平稳随机地震输入下的、同时在时域和频域内计算的、考虑土体非线性的动力响应可靠度计算方法。通过有限元求解可计算在地震历时内各种动力响应的自功率谱密度和互功率谱密度。 3、采用一种半定量半定性的方法,验证了动力有限元程序的正确性,并通过不同范围下水平地基的动力响应分析,确定了动力计算的边界条件及边界范围。计算表明,当左右边界为所要研究地基范围的5倍以上时,采用简单的截断边界可满足动力计算的精度要求。 4、利用上述动力有限元程序分别对水平地基进行了总应力、不排水有效应力和排水有效应力随机动力响应分析,并通过4种不同的方法来计算地基的等效剪切模量、阻尼比、振动孔压和残余剪应力。结果表明,采用基于概率平均法的插值方法计算所得结果与确定性分析结果的均值较为一致,因此在随机动力分析中推荐使用该方法。 5、结合钱塘江防洪堤工程项目,对防洪堤典型断面进行了随机动力响应分析,展示了本文随机动力分析方法的工程意义。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TV312

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