非平穩(wěn)隨機(jī)地震下堤壩非線性有效應(yīng)力動力響應(yīng)可靠度分析.pdf

1、本文運(yùn)用隨機(jī)動力有限元法,對可液化地基與堤壩在非平穩(wěn)隨機(jī)地震輸入下進(jìn)行了動力響應(yīng)的可靠度分析.本文主要完成了以下工作:1、根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2001)的地震影響系數(shù)曲線,通過時間包絡(luò)函數(shù)考慮地震的非平穩(wěn)特性,利用加速度峰值等效原則迭代計(jì)算得到地面的加速度功率譜密度.然后運(yùn)用半無限長剪切梁上的一維波動方程,將得到的地面加速度平穩(wěn)功率譜密度作為地面邊界上的虛擬穩(wěn)態(tài)輸入,通過迭代計(jì)算反演得到非線性分層地基下基巖的加速

2、度平穩(wěn)功率譜密度曲線,并采用與地面相同的時間包絡(luò)函數(shù)考慮基巖地震動的非平穩(wěn)性.通過以上方法建立了與抗震規(guī)范相對應(yīng)的基巖非平穩(wěn)地震動輸入,為隨機(jī)分析提供了輸入基礎(chǔ).2、基于飽和多孔介質(zhì)的Biot動力固結(jié)方程,建立了一套u(yù)-p格式的二維有限元分析方法.通過Hardin-Drnevich動力本構(gòu)關(guān)系的等效線性化法考慮土體的非線性特性.利用動三軸的液化試驗(yàn)和震陷試驗(yàn)數(shù)據(jù),將振動孔壓與殘余應(yīng)變作為初應(yīng)變引入Biot動力固結(jié)方程之中.通過對Biot

3、動力方程右端項(xiàng)進(jìn)行分離,使動力方程分為與地震加速度項(xiàng)相對應(yīng)的零均值振動項(xiàng)和與振動孔壓和殘余位移相對應(yīng)的均值項(xiàng).在第一分離中引入虛擬激勵法,考慮了地震的隨機(jī)性,并通過概率平均法計(jì)算單元的動力模量、阻尼比、振動孔壓及殘余剪應(yīng)變.通過以上方法建立了一套在非平穩(wěn)隨機(jī)地震輸入下的、同時在時域和頻域內(nèi)計(jì)算的、考慮土體非線性的動力響應(yīng)可靠度計(jì)算方法.通過有限元求解可計(jì)算在地震歷時內(nèi)各種動力響應(yīng)的自功率譜密度和互功率譜密度.3、采用一種半定量半定性的方

4、法,驗(yàn)證了動力有限元程序的正確性,并通過不同范圍下水平地基的動力響應(yīng)分析,確定了動力計(jì)算的邊界條件及邊界范圍.計(jì)算表明,當(dāng)左右邊界為所要研究地基范圍的5倍以上時,采用簡單的截斷邊界可滿足動力計(jì)算的精度要求.4、利用上述動力有限元程序分別對水平地基進(jìn)行了總應(yīng)力、不排水有效應(yīng)力和排水有效應(yīng)力隨機(jī)動力響應(yīng)分析,并通過4種不同的方法來計(jì)算地基的等效剪切模量、阻尼比、振動孔壓和殘余剪應(yīng)力.結(jié)果表明,采用基于概率平均法的插值方法計(jì)算所得結(jié)果與確定性