非平穩(wěn)隨機地震下堤壩非線性有效應力動力響應可靠度分析.pdf

1、本文運用隨機動力有限元法,對可液化地基與堤壩在非平穩(wěn)隨機地震輸入下進行了動力響應的可靠度分析.本文主要完成了以下工作:1、根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB 50011-2001)的地震影響系數(shù)曲線,通過時間包絡函數(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算得到地面的加速度功率譜密度.然后運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)范相對應的基巖非平穩(wěn)地震動輸入,為隨機分析提供了輸入基礎.2、基于飽和多孔介質的Biot動力固結方程,建立了一套u-p格式的二維有限元分析方法.通過Hardin-Drnevich動力本構關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和震陷試驗數(shù)據(jù),將振動孔壓與殘余應變作為初應變引入Biot動力固結方程之中.通過對Biot

3、動力方程右端項進行分離,使動力方程分為與地震加速度項相對應的零均值振動項和與振動孔壓和殘余位移相對應的均值項.在第一分離中引入虛擬激勵法,考慮了地震的隨機性,并通過概率平均法計算單元的動力模量、阻尼比、振動孔壓及殘余剪應變.通過以上方法建立了一套在非平穩(wěn)隨機地震輸入下的、同時在時域和頻域內計算的、考慮土體非線性的動力響應可靠度計算方法.通過有限元求解可計算在地震歷時內各種動力響應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分析,確定了動力計算的邊界條件及邊界范圍.計算表明,當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行了總應力、不排水有效應力和排水有效應力隨機動力響應分析,并通過4種不同的方法來計算地基的等效剪切模量、阻尼比、振動孔壓和殘余剪應力.結果表明,采用基于概率平均法的插值方法計算所得結果與確定性