Load-unload response ratio——An interplay between earthquake prediction and mechanics

地震预测是世界性科学难题,地震现象虽然复杂其物理实质倒是明确：地震就是地壳块体的快速剪切脆断,相应地,地震的孕育过程就是震源区介质的损伤、演化,并最终导致破坏的过程,这一过程主要是力学过程,抓住这一点就抓住了问题的物理本质,但是,在研究地震预测时遇到的力学问题和通常的（工程）力学问题有所不同,根据地震问题的特点,紧扣地震孕育过程的物理本质,提出了加卸载响应比这一地震预测新思路.
文中介绍了加卸载响应比理论的基本科学问题,包括如何对地壳加载/卸载,如何选择适当的地球物理参数作为响应量,以及怎样定义加卸载响应比,用实验研究、数值模拟和理论分析3 种基础研究手段,揭示了地震孕育过程中加卸载响应比共同的演化规律：孕震初期加卸载响应比在1 附近涨落,之后上升至峰值点,地震不在峰值点发生,而是在下降过程中发生,从峰值点到地震发生这段滞后时间称为T₂,T₂ 和震级有关,为了预测地震,必须在全国范围内作加卸载响应比的时空扫描,在时空扫描基础上,结合量纲分析,更多地考虑当地的地球物理条件,拟定了全面预测未来地震的时、空、强的思路,回顾了用这种思路进行地震预测实践的历程,     

加卸载响应比理论在地质灾害预测领域的研究进展

加卸载响应比理论在非线性系统稳定性预测研究中已取得了长足的进展. 在分析加卸载响应比理论内涵的基础上,对加卸载响应比理论自身及其在地震和滑坡预测领域的研究现状进行综述,总结了其在应用中存在的不足之处,指出加卸载响应比理论研究与应用的发展趋势. 并就该理论的两个新进展进行分析,对促进该理论的发展具有一定的参考和借鉴意义.     

地震预报的新途径--加卸载响应比理论

从力学角度看,地震的孕育过程实质上是孕震区介质的损伤演化过程,这个过程主要是一个力学过程．但解决与地震预测有关的力学问题与工程中的力学问题有许多不同之处．通常力学问题的解决需要知道其本构关系、边界条件、初始条件以及某些力学量的变化历史(如流变)．但是在地震孕育过程中它们却是未知的或不完全知道的．人们知道的只是地壳中某些物理量的变化．由此提出了加卸载响应比作为一种地震预测的新途径,并简述了加卸载响应比的基本概念、实际应用及一些最新结果．     

基于地应力场加卸载的地下洞室稳定模型试验研究

加卸载响应比理论是研究非线性系统稳定的一种重要方法。本文分析了该理论的本质含义,研究了该理论在洞室稳定分析中存在的问题,提出了基于应力边界值即地应力场增减实现加卸载的方法。文中以某矿山巷道稳定研究作为工程背景,建立了相似材料平面应变模型。通过对顶部边界应力进行逐级加卸载,主要研究了拱顶竖向压力、拱顶沉降和声发射的响应特征。结果表明,当应力不太大时,拱顶竖向压力和拱顶沉降的加卸载响应比值接近1;当围岩接近破坏时,比值出现突然的增加,并伴随较大的波动。声发射能量和事件数虽未出现类似特征,但总体来说,随着荷载的增加,声发射呈现增加的趋势。     

单自由度"加层"减震结构地震作用取值的复模态法

运用复模态方法,以我国现行设计反应谱为基础,对单自由度TMD和“加层”减震结构地震响应及地震作用取值问题进行了系统研究。首先用复模态法将非经典阻尼非对称结构运动方程解耦,然后运用随机振动理论获得结构的动力响应解析式,并建立将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系与反应谱的对应关系,确定结构动力响应表达式中各参数的取值,建立结构基于反应谱的设计响应及其等效静态地震作用的设计方法,并给出了算例,从而建立了非经典阻尼非对称结构基于反应谱的地震作用取值的一整套方法。     

单桩横向非线性运动地震响应简化分析

采用退化的Bouc-Wen模型和动力Winkler地基梁模型,建立了一个单桩横向非线性运动地震响应的简化分析模型,将自由场位移,作为沿桩轴均匀分布的非线性弹簧和频率相关的粘壶的支撑运动,利用运动响应因子的概念以及相应的计算方法,计算并讨论了地震运动过程中,单桩横向非线性运动地震响应问题。计算结果表明,对于单桩横向非线性运动地震响应问题的简化分析,所提出的模型在物理上是合理的。     

竖向地震引发的桥梁结构间的多次重撞击响应分析

应用瞬态波函数法,针对双跨连续梁桥在竖向地震激励下可能出现的多次弹性重撞击问题进行了研究.推导出桥梁结构多次弹性重撞击问题的理论解,并采用临时组合结构法,求解了桥跨结构与桥墩之间的重撞击力.通过对桥梁算例的数值分析,计算模拟了多次重撞击现象,并分析了竖向地震激励周期、桥墩横截面积、梁与墩长度比以及桥跨弹性模量等参数对桥梁结构撞击响应的影响.研究结果表明,竖向地震可能使得桥跨结构与桥墩间发生多次重撞击行为,引发轴力的高频振荡,对桥梁结构响应有着明显的影响.多次重撞击的发生以及重撞击力的幅值对竖向地震激励周期相当敏感;梁与墩长度比和桥跨弹性模量都可以显著影响桥梁在竖向地震激励下的响应机理,应在桥梁抗震设计中予以考虑.     

挡土结构物随机地震响应分析及动力可靠度研究

本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。     

山抬风雨来, 海啸风雨多——————漫话海啸

地震的伴生灾害中最具破坏力的是海啸. 从力学角度讨论了海啸的形成原因, 以及与 海啸有关的一些问题. 海啸形成的原因有3个：地震、海底火山爆发或海底崩塌、以及宇宙 天体的影响. 世界上最早有海啸文字记录的是中国, 日本是发生海啸最多的地区.     

设防烈度下非比例阻尼结构地震随机响应峰值区间估计方法

建立与抗震规范设防水准相一致的地震动随机模型,给出了非比例阻尼结构体系地震反应运动方程,推导了非比例阻尼结构体系分析的复振型时域闭合解和地震随机响应的闭合解.通过随机响应的峰值因子和变异系数获得了非比例阻尼结构体系的地震随机响应峰值均值和方差,提出了设防烈度下非比例阻尼结构体系随机响应峰值区间估计方法.计算31条实际地震记录的复振型时域闭合解,并与地震随机响应的闭合解进行了比较,算例结果表明随机响应峰值区间估计方法的合理性和有效性.地震响应区间分析方法将是工程抗震设计的一个重要方法.     

指数模量成层土非线性地震反应的半解析算法

运用文献[1]所建议的动态应力应变关系及其推广的Masing加卸载准则,考虑土体在地震等产生的不规则加载条件下的非线性滞回特征,将增量法与相应场地地震线性反应解析解[2]相结合,提出了该动力非线性方程的半解析时域算法,基于改进的一维剪切梁模型,对剪切模量是其深度的某一指数函数的成层非均质土层,建立了求解土体地震反应的非线性分析技术。针对文献[2]中的土层剖面,做了计算、分析和讨论。     

研究材料动态卸载的一种实验方法

在SHPB实验数据分析的基础上,提出了用柱锥形弹丸代替纯柱形弹丸研究材料的动态卸载。用所提出的方法对LF6铝材的动态加、卸载响应进行了实验研究,结果表明:柱锥形弹丸可以有效地延长入射脉冲的卸载段,可用来研究材料动态卸载行为。     

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世界的复杂与物理基本定律的简单形成鲜明的对比.近年来,大量的研究致力于存在复杂输出的系统,这些研究并没有建立任何新的物理定律,但提供了接近复杂系统的适当的途径[1].从经典力学的牛顿三定律到量子力学的薛定谔方程,我们学习的物理定律是如此清晰而简洁,而在物理教室之外望去的世界是如此的复杂.探寻自然现象所遵循的基本规律,研究由此而产生的复杂现象,是基础研究的两大重要任务.流体由于它的易流动性,常常产生包括涡流和湍流在收到2009-05-14.     

求解结构地震响应位移输入模型存在的问题及其AMCE实效对策

提出一种实效方法-刚性无质量束缚元AMCE(Appended Massless Constraint Element)法,以解决地震地面运动作用下求解结构响应的位移输入模型中容易而不容忽视的问题.首先对位移输入模型进行了详细分析,明确指出当前位移输入模型在理论上会导致计算结果具有不稳定性和不可靠性,进一步通过算例对此加以说明;针对此问题,提出了AMCE解决方法,并对本方法进行物理角度解释、理论分析和数值验证.结果表明,AMCE法不仅物理概念清晰、简单可行,而且具有足够的计算精度.     

旋转壳体结构与地基土相互作用的地震响应分析

1 前言本文采用子结构法,对上部壳体结构采用半解析曲线环壳有限单元法,场变量在圆周方向用Fourier 级数展开,根据薄壳理论导得各有限元计算式;对于基础阻抗,采用文献给出的埋置基础平移和转动耦合振动的近似法。在时域内获得安全壳的地震响应,对安全壳与地基的动力相互作用进行了讨论.     

桩-土-独塔斜拉桥相互作用地震响应分析

在Penz ien模型的基础上,建立了独塔斜拉桥考虑桩土相互作用的计算模型,推导了其运动方程,分析了桩土相互作用对斜拉桥地震响应的影响,同时,对地震动自由场输入和桩端输入对独塔斜拉桥的影响进行了比较,分析结果表明:桩土相互作用对独塔斜拉桥地震响应有一定的影响,但它比相应的刚性简支梁小。     

近断层地震作用下钢筋混凝土连续梁桥地震易损性分析

考虑桥墩、支座构件及主梁的碰撞损伤指标,对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震易损性分析.综合考虑了结构参数的不确定性,从太平洋地震工程研究(Pacific earthquake engineering research,PEER)数据库中随机选取了20条近场地震记录,得到大量的随机地震-结构样本.结合不同破坏状态下的桥梁损伤指标,根据结构的能力与需求得到了桥梁各构件及整体桥梁结构的地震易损性曲线.从概率意义上判断在强烈地震作用下桥梁结构所处的破坏状态,为今后在役的同类型桥梁震害预测提供了参考.     

基于深度学习和细观力学的颗粒材料本构关系研究

颗粒材料的本构关系对岩土工程等众多领域至关重要. 不同于传统的唯象本构理论, 本文基于机器学习模型探索了一种细观力学理论指导下的数据驱动型颗粒材料本构关系预测方法. 根据Vogit均质化假设, 建立了小应变条件下颗粒材料应力?应变解析关系, 此关系唯一地确定了一组与颗粒材料本构行为相关的细观组构变量. 这些变量与反应颗粒材料宏观性质的主应力和主应变信息通过一系列离散元三轴压缩数值试验获得. 考虑到细观组构变量为内变量, 不能直接作为本构模型的输入. 本文基于有向图方法将颗粒材料微观结构信息隐式地包含在应力?应变的预测当中, 并采用门控循环单元(GRU)循环神经网络作为基础深度学习模型描述有向图中结点之间的映射关系. 通过将有向图从目标节点沿源节点展开, 整个应力?应变预测模型可由两个神经网络分别训练并组装而成. 将训练后的深度学习模型在全新的数据集上进行测试, 结果表明该训练策略能有效捕捉到颗粒材料在常规三轴任意加卸载, 等中主应力系数b的真三轴加载, 和等平均有效应力p的真三轴加卸载等复杂多轴加载工况下的应力?应变响应关系, 模型具有良好的内插和外推预测能力. 考虑到深度学习模型捕捉颗粒材料力学响应的能力及其开放式学习的特点, 充分结合数据驱动方法和理论本构模型可能是颗粒材料本构研究的一个重要方向.      

韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟

用数值方法模拟了韧性金属圆环的自由膨胀碎裂过程. 采用Johnson-Cook热黏塑性本构模型描述材料的动态变形和热软化特性, 采用包含内聚力失稳断裂准则的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的破坏和分离过程, 采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit程序进行分析. 在特定膨胀速度下对多个圆环进行碎裂数值实验, 获得碎片样本集合. 研究证实, Grady-Kipp基于塑性卸载波传播机制的韧性碎片尺寸公式可以较好地预测碎片的平均长度. 模拟再现了圆环碎裂过程中塑性卸载波的传播,揭示了Grady-Kipp公式合理性的物理基础.      

地震和波流作用下海底悬跨管线模型实验研究

利用水下地震-波流联合模拟实验系统研究了海底管线在波浪、水流和地震作用下的动态响应特征。实验中考虑了有无地震作用、悬跨长度、波浪高度、水深、水流速度以及是否满管状态等因素。通过DDP动态数据后处理软件对实验结果进行处理分析,得到海底悬跨管道的动态响应特性。实验结果表明:在浅海海域,悬跨管线的动态反应受波浪及水深变化的影响不明显,悬跨长度是影响管道动态响应的主要影响因素;悬跨管线在地震与波流共同作用下的反应与仅地震作用下的应变存在差别;在波浪力作用下,空管时管线的应变要小于满管时的情况。