泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能

为研究多孔吸能材料泡沫铝板对工程结构的抗爆防护作用，开展室外爆炸破坏实验，分别对设置不同泡沫铝防护层的钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板在爆炸荷载下的动态响应及破坏模式进行了研究，并运用LS-DYNA软件建立了有限元模型。通过与实验对照，验证了模型的可行性，对比分析了有、无泡沫铝防护层钢筋混凝土板的损伤破坏规律，并讨论了泡沫铝密度梯度分布和纵筋配筋率的影响。结果表明:有限元模型能够有效分析含泡沫铝防护层RC板的动态响应及其破坏形态；泡沫铝防护层能够有效减小钢筋混凝土板的挠度变形，降低试件的破坏程度；泡沫铝密度由下到上递增情况对RC板的减爆效果最好；增大配筋率可以提升泡沫铝防护RC板整体抗爆性能。     

邻近山体地形地震动力相互作用边界元法模拟

采用动力间接边界元法,研究了平面P波、SV波入射时多个邻近山体之间的动力相互作用及地震动放大效应。结果表明:连绵多山地形的地震反应规律相比孤立山丘情况更为复杂;反应特征受控于入射波频率、角度、山体间距等因素,邻近山体对地震动放大或缩幅程度主要取决于其边缘激发面波的强度、相位及与观察点的距离。一般来说,当山体处于邻近山体对地震波散射形成的位移放大区域内,相比单山情况地震动会表现出增强放大效应,特定频段主方向反应可达到单山放大效应的约1.5倍。另需注意由于散射波的相干效应,两山之间平坦地表也表现出明显的放大效应。而高频波入射下,邻近山体相互作用效应明显减弱。实际复杂多山地形地震动评估需准确掌握输入地震波特性和连绵山体的材料、几何特征。     

含松软覆盖层V型峡谷对Rayleigh波的宽频散射

含松软覆盖层峡谷地形对地震动具有放大效应已被多次地震观测所证实。本文对Rayleigh波入射下V形覆盖层峡谷的地震反应进行宽频模拟,讨论了V形峡谷深度、覆盖层软硬程度、倾角以及波的频率等因素对地表位移幅值的影响。数值结果表明:在中低频段(量纲为一的频率η5.0),含覆盖层峡谷地形对地震波的放大效应显著。在高频波段(η10.0),覆盖层放大效应减弱甚至出现缩幅效应;随覆盖层深度增加,位移放大频段的带宽逐渐减小,第一峰值频率降低,且在低频段频谱曲线振荡剧烈;覆盖层越软,位移越大,峡谷表面位移空间变化越剧烈;峡谷右边界与水平面夹角不同,导致地表位移幅值的空间分布相差较大,在中低频时峡谷右侧的图线差异比较明显,在高频时变化差异不大。由此可见覆盖层软硬程度和形状对地震波聚焦特征也具有重要影响。     

圆形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱抗爆性能野外实验与数值模拟

通过6根圆形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(UHPSFRCFDST)柱爆炸破坏实验,研究了轴压、折合距离、空心率和迎爆面形状对其动态响应及损伤破坏的影响,并运用LS-DYNA软件建立了爆炸荷载作用下UHPSFRCFDST柱动态响应的有限元模型。在验证了模型有效性的基础上,运用参数化分析方法,研究了轴压比、空心率、含钢率、内层和外层钢管径厚比及其强度等关键参数对圆形UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。结果表明:有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及损伤破坏;在小于临界轴压时,提高轴压比能够提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能,但超过临界轴压后继续提高反而会加重其损伤破坏;减小空心率或内、外层钢管径厚比均可有效提升UHPSFRCFDST柱的抗爆性能,提高含钢率或外层钢管强度也能达到相同效果,但提高内层钢管强度对其抗爆性能的提升作用并不显著。     

流体饱和弹性半空间裂隙对平面P_I波的衍射

采用间接边界元法,求解了饱和半空间裂隙对平面PI波的二维衍射问题。基于单层位势理论,将边界离散并直接在边界单元上施加虚拟荷载(水平作用力、竖向作用力和流量源的叠加)以构造散射波场,并由边界条件确定虚拟荷载密度,总波场由自由波场和散射波场共同组成。通过参数分析研究了入射波频率、入射倾角、埋深、孔隙率、边界渗透条件等因素对饱和半空间中裂隙对平面PI波衍射的影响规律。结果表明:裂隙随埋深增大,地表位移谱振荡加剧,峰值有所降低;随着入射频率增加,孔隙率影响逐渐增大;垂直入射时,水平位移的放大区域主要分布在裂隙两端,斜入射时,主要集中在裂隙正上方地表附近;透水和不透水两种情况下的地表位移幅值和相位差别较小,但干土情况与饱和情况下的位移幅值相差较大。     

含覆盖层峡谷地形对平面P、SV波的宽频散射模拟

含覆盖层峡谷对地震波的高频散射规律尚不明确．本文采用间接边界元方法(IBEM)分析半空间中含覆盖层峡谷地形对地震波的二维宽频散射,对入射波型、入射角度和频率、覆盖层深宽比等因素对覆盖层地震响应规律的影响进行探讨分析．结果表明：IBEM可高效精确地对地震波的散射进行宽频模拟．对中低频段（无量纲频率η10.0）,覆盖层放大效应减弱甚至出现缩幅效应．随覆盖层深度增加,位移放大频段的带宽逐渐减小,第一峰值频率降低,且在低频段频谱曲线振荡剧烈．另外,覆盖层形状和入射角度对地震波聚焦特征也具有重要影响,不同波型入射下聚焦区域有很大差别．实际含覆盖层峡谷地形地震反应分析需精细考虑波型、入射波频率和角度、覆盖层深宽比等因素,以更科学地进行震害解释和地震安全性评价．     

爆炸荷载作用下饱和半空间中衬砌隧道弹性动力响应IBIEM模拟

基于Biot两相介质理论,采用一种高精度间接边界积分方程法（IBIEM）研究了饱和半空间中浅埋衬砌隧道在内部爆炸荷载作用下的瞬态弹性动力反应。通过典型算例,给出了爆炸荷载作用下隧道附近地表位移、衬砌动应力、围岩径向位移和衬砌表面孔隙水压的时程响应,并对比分析了饱和半空间和全空间中隧道动力响应的区别。研究表明：覆土层厚度对浅埋隧道-围岩整体动力响应特征具有明显影响;衬砌表面透水状态对爆炸荷载的时程响应的影响不显著;随半空间饱和介质孔隙率增加,围岩受隧道内部爆炸影响程度降低,衬砌承担的爆炸作用增大;当和直达波、衬砌内部反射波的峰值叠加作用时,半空间表面反射波对衬砌隧道拱顶附近响应影响显著,使得衬砌动应力幅值、径向位移相比深埋情况大幅度增加。     

球面压缩波入射下深埋三维衬砌洞室的动应力集中效应

采用一种间接边界元方法求解了球面压缩波入射下深埋球形衬砌洞室的三维动力反应,并与弹性全空间球形空洞精确解及平面波入射结果对比,验证了本文方法具有较好的计算精度;进而分析了入射球面波的频率、波源与洞室距离、衬砌厚度等参数对衬砌洞室动应力集中因子(DSCF)的放大效应。结果表明:近源和较低频率波入射情况下,入射波频率对动应力集中因子和空间分布特征有显著影响。整体上看,球面波入射下衬砌内动应力集中现象更为明显,DSCF值可达到相应平面波入射情况的2倍左右;当波源距离在5倍波长之外,可近似采用平面波模拟球面波入射;衬砌内不同位置频谱幅值差别明显,且峰值频率也有较大差异,迎波面一侧应力集中更为显著;在正常参数范围内,随衬砌厚度增大,衬砌内DSCF值有所降低。     

楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射：IBEM求解

采用间接边界元法(IBEM),求解了楔形空间中任意形状孔洞对平面SH波的散射问题。基于单层位势理论,首先在孔洞表面及其附近楔形空间表面上施加虚拟均布荷载,以构造散射波场。进而由自由表面零应力条件,建立方程求解得到虚拟荷载密度。总波场由楔形空间自由波场和散射波场叠加得到。研究表明：IBEM方法能够精确高效求解楔形空间中弹性波散射问题。楔形空间孔洞对波的散射特征依赖于波入射角、无量纲入射波频率、楔形夹角、孔洞位置及其形状;孔洞周围波的相干效应十分显著,空间表面位移幅值及孔边动应力集中因子比半空间情况放大一倍有余,分别达到8.5和10.0;该研究为楔形空间中更为复杂的P、SV波散射问题求解奠定了基础。     

弹性半空间中含直边界半圆形衬砌隧道对SH波的散射解析解

为进一步揭示含直边界衬砌隧道对SH波散射的影响,根据弹性波动理论,结合"分区契合"思想,建立了弹性半空间中半圆隧道对波场散射问题的波动方程。利用傅里叶级数展开的方法,引入辅助函数和波函数展开技术,通过对连续性条件和边界条件的分析,求得半空间中含直边界衬砌隧道对SH波散射的封闭解析解。计算结果表明:入射波特性、半圆隧道衬砌材料特性、隧道埋置深度对地表位移幅值影响显著;对于软性和硬性衬砌隧道而言,当频率逐渐增大时,地表位移幅值也随之增大,地表位移幅值空间振荡更为剧烈;随着入射角度增大,地表位移幅值整体上呈减小趋势;随着隧道埋深d/a由2增加到5时,隧道上方地表位移幅值降幅显著。