最新刊期
      2018 年 第 50 卷 3 期

        特约稿

      • 谢和平,许唯临,刘超,杨兴国,谢红强,聂锐华,周家文,安瑞冬,田忠,肖明砾
        2018, 50(3): 1-14. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800345
        摘要：全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展，如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年“5·12”汶川大地震后，“地球人都要有灾害意识，地球人都要有灾害教育”已深入人心，中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件，中国西部地区一直是水灾害频发的区域，防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学，四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧，在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索，取得了一系列重要成果。主要有：1）开发细观实验与模拟技术，揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理，建立了更加可靠的判别准则和计算方法，形成系统的细观水力学体系，并创新地提出了多级泄洪原理与技术；2）原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术，揭示了高坝工程整体结构安全响应机制，建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝–坝基–库水整体结构安全评价体系；3）揭示了山洪与泥沙共同作用下“小水大灾”机制，提出了特大山洪泥沙灾害“降阶防控”技术，将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围；4）引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从“点、线、面”拓展到三维空间整体，提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力；5）针对滑坡–堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题，提出了滑坡–堰塞湖分类应急处置与综合治理技术；6）针对西南地区地理、生态与环境特点，提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术，将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域，拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后，针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求，提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境–生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题，有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。  
        关键词：山区河流;水灾害;流域生态环境保护;泄洪与防洪安全;高坝工程结构安全;山洪泥沙灾害;防灾减灾   
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      • 2018, 50(3): 15-23. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800432
          
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      • 唐亚,谢嘉穗,李蓬勃,黄成敏,杨金燕,第宝锋,刘本洪
        2018, 50(3): 24-32. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800433
        摘要：中国山地自然灾害频发但灾害发生历史研究少。识别过去发生的滑坡、泥石流、落石、山洪等山地灾害发生的时间，确定灾害的大小及影响范围，对于研究区域山地灾害发生频率，预测未来灾害发生风险，制订科学可行的防灾减灾措施十分重要，树木年代学在研究灾害发生历史和影响范围等方面可发挥重要作用。树木的生长发育受光照、温度、水分、土壤、养分和生物等环境条件制约，任何环境因素的变化都会影响其生长，并常在年轮上表现出来。树木年轮能记载树木的生长状况和影响树木生长的环境条件变化，其宽度变化与环境因素之间的相关性高，能揭示环境条件变化发生时间。在气候变化影响不断增加和人类活动对自然环境影响强度日益加大的综合影响下，自然灾害发生频率及损失呈明显增加趋势，成为影响社会可持续发展的一个重要因素。山地自然灾害对树木的直接损伤包括树木顶端和枝条折断、根系受损、淹没主干下部、撕裂树干或根系、擦伤或撞伤树干，灾害会使树木倾斜和弯曲，也会改变树木生长的环境条件，这些影响和变化都能够显著影响树木的生长，树木出现年轮变窄或变宽、形成反应木和偏心年轮、停止生长等响应方式，这种自然灾害发生与树木生长响应之间形成的“事件–响应”关系，是利用树木年代学重建灾害发生历史的理论基础，受影响的树木的这些年轮系列为确定自然灾害发生的时间提供了可靠的信息。当树冠、树干或根系受损时，为确保生存，树木会将其合成或获得的物质优先用于新组织的生长，以替换受损的根系和树冠，减少用于径生长的物质资源，年轮变窄；而当灾害导致一些树木死亡或冲毁一些树木后，会改变未受损伤树木的生长条件，树木生长加快，年轮变宽。本文综述了地震、滑坡、泥石流、落石和山洪等不同自然灾害对树木生长影响的特点及树木的响应表现，介绍了利用树木年代学重建山区常见自然灾害的历史、影响范围的研究；针对新的科技发展，将来的研究应该关注不同年龄或大小的树木对同一灾害的响应差异、树木高生长对灾害的响应以及根系对灾害的响应等方面。  
        关键词：山地灾害;树木;树木年轮;灾害历史;灾害频率   
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      • 2018, 50(3): 33-45. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800420
          
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      • 林鹏智,陈宇
        2018, 50(3): 46-53. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800332
        摘要：为克服现有大坝风险分析方法多针对单库大坝、且不能有效考虑不确定性因素对风险评估结果的影响这一研究局限，本文选取能有效处理不确定性问题的贝叶斯网络理论对梯级水库群展开大坝失效风险研究。基于统计资料，结合专家经验调查法，将超标洪水、上游溃坝洪水和强地震确定为水库漫坝的关键风险因素，建立了三种因素单独、组合作用下的单库、梯级系统漫坝贝叶斯网络风险分析模型，并将其应用到大渡河流域上下相连的猴子岩-长河坝两座干流梯级上。结果表明风险源单独、组合作用下的梯级水库群的漫坝风险的量级都较小，其中猴子岩的上游溃坝洪水所致的漫坝风险量级最小，这与其上游双江口水库为干流控制性梯级的特性有关。两库均被识别为薄弱梯级，对其漫坝风险起主导作用的风险因素分别为超标洪水和强地震，这将作为系统风险防控措施制定的重要考量。通过实例应用，验证了文中所提模型在梯级水库群风险分析中的有效性。求解过程快速、有效，对风险因子间的相关性、系统薄弱梯级的识别直观、清晰，根据结果能及时掌握风险源单独或组合作用下的梯级水库群风险变化并制定相应的风险决策，有利于后续风险管理环节的迅速开展，为水利水电工程风险分析领域的研究提供了新的研究手段。  
        关键词：风险分析;贝叶斯网络;梯级水库;漫坝;洪水;地震   
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      • 巨能攀,李龙起,黄润秋
        2018, 50(3): 54-63. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800343
        摘要：针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题，以“5·12”汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型，在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上，提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明：陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主，陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主；在相同地震作用下，峰值地面加速度（peak ground acceleration，PGA）放大系数与坡体高程总体成正相关，斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势；陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡，硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3，最大值在坡表的3/4处；软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0，最大值在斜坡顶部。此外，陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段：层面部分贯通滑移—锁固段震荡松弛—上部抛射—底部滑面贯通并失稳，而软硬互层斜坡的失稳机理则为：层面错动–部分贯通滑移—下部局部抛出–局部弯曲—高位横向扩展滑移—下部弯曲折断–整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。  
        关键词：汶川地震;陡倾顺层斜坡;3维离散元;动力响应;失稳机理   
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      • 李小军,李芳芳,纪金豹,王巨科
        2018, 50(3): 64-72. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800370
        摘要：地震模拟振动台试验是工程结构地震反应模拟和抗震性能观测的直接有效的手段，但由于电液伺服地震模拟振动台系统具有复杂的非线性，当伺服阀90°相移频率与系统油柱共振频率比较接近时，伺服阀特性对振动台系统特性有较大影响，严重影响系统的有效频带范围。现有的电液伺服地震模拟振动台系统的有效频带多为0.4～50 Hz，不足以满足大比例缩尺结构抗震试验的需求。为减小现有电液伺服地震模拟振动台系统的伺服阀特性对系统性能的影响和拓宽振动台系统的有效频带，在三参量控制的基础上，将加加速度反馈信号和加加速度前馈信号引入控制环节，形成一种基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法。对所提出的控制算法的控制效果进行了理论推导和系统仿真分析，揭示了加加速度反馈可降低系统油柱共振频率并减小伺服阀特性对振动台系统性能的影响，而加加速度前馈使得系统的有效频带由三参量控制下的0.35～54 Hz拓宽至0.35～64 Hz，表明所提出的基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法明显改善了地震模拟振动台的控制性能。  
        关键词：地震模拟试验;振动台;三参量控制;加加速度;有效频带   
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      • 吕西林,姜淳,卢煦
        2018, 50(3): 73-81. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800368
        摘要：自复位钢筋混凝土框架结构是一种新型可恢复功能结构。相比于普通混凝土框架，该结构在地震作用下结构损伤轻微残余变形小，在地震后不需修复或稍加修复即可重新投入使用。因此，该结构是一种适用于高烈度地震频发地区中低层框架的低成本新型防震结构。自复位混凝土框架结构体系使用无粘结预应力筋连接结构中的各个构件，在结构的节点位置形成可以互相分离的界面。在较大的地震作用下，构件间允许发生界面分离，表现为梁端节点张开与柱脚节点提离等现象，从而减轻了结构的损伤。震后在预应力的作用下，构件间的界面重新闭合，实现自复位。首先总结了已有自复位节点的研究成果，阐明了自复位结构的组成与关键构造。为了进一步研究自复位钢筋混凝土框架在地震作用下的变形模式与受力特征，进行了三向自复位框架结构的1∶2.5缩尺模型拟静力试验。本文给出了试验模型的基本信息，包括模型的设计参数，材料性能，具体构造等内容；给出了主要的静力试验结果，包括试验的主要现象与损伤特征、模型的变形模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化与残余变形等信息。试验结果表明：模型的变形能力强，在1/38顶层位移比（顶层位移/结构高度）下模型除少数细微裂缝外没有损伤，在更大的变形下模型损伤逐渐在梁端节点位置开展；在1/19顶层位移比下模型的承载力仍然没有出现下降；模型的残余变形很小，在模型加载的全过程中，其残余位移角都处在可以接受的范围内。  
        关键词：自复位;钢筋混凝土框架;拟静力试验;抗震性能   
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      • 戴靠山,李伯维,李卉颖,王健泽,李昂,刘恺,TESFAMARIAM Solomon
        2018, 50(3): 82-90. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800398
        摘要：提出了一种针对变质量的非传统多调谐阻尼器（MTMD）基于可靠度的优化设计方法。其中主结构部分考虑多阶模态，MTMD则考虑为集中质量。地震动激励采用金井清模型，利用状态空间法提高计算效率。地震危险性则依据地震动衰减关系和Gutenberg-Richter模型模拟。定义危险性、主结构与多调谐阻尼器相关参数均为随机变量，通过考虑结构多维输出及对应限值，并结合激励与结构随机性得到结构绝对失效概率，并进一步以绝对失效概率为目标函数形成优化问题，通过求解变质量MTMD最优解进行设计。本文将该方法应用于带多煤斗的火电厂房煤斗隔震设计。其中，煤斗隔震形成MTMD，而煤斗内部储煤量变化则形成变质量MTMD。采用拉丁超立方抽样法生成样本，研究确定了合适样本数。通过选取结构角柱位移角作为结构响应，采用规范限值计算失效概率。利用基因算法求解了该优化问题并得到了最优设计与对应的失效概率。本文进一步对比了平动隔震体系和摆隔震体系。研究表明，尽管摆体系的频率与质量不相关，其失效概率并未优于平动隔震体系；且摆体系摆动圆弧曲率的变异系数对结构失效概率影响不大，规律不明显。最后，将煤斗与主结构碰撞亦考虑为失效事件，考虑了煤斗碰撞问题。本文所提出的设计方法基于可靠度，直接以降低结构失效概率为目标，可同时考虑结构多维输出以及煤斗与主结构相对位移，并对应地考虑多个响应限值，将多个响应综合为一个失效概率，避免了计算量巨大的多目标优化。  
        关键词：非传统调谐阻尼器;质量不确定;火电厂减震;可靠度;优化设计   
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        研究论文

      • 2018, 50(3): 91-94. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800431
          
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      • 杨兴国,李海波,廖海梅,徐昊,徐富刚,周家文
        2018, 50(3): 95-104. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800317
        摘要：堰塞湖的应急处理应按照“科学、安全、主动、快速”的原则，结合具体地形地质环境条件制定一套操作可行且快速有效的措施，在较短时间内最大可能地降低或排出堰塞湖内拦蓄的大量湖水，控制堰塞湖的潜在威胁。综合考虑堰塞湖的坝高、库容、物质组成及危险等级等相关条件的差异，常用的处置方式有开挖泄流槽、开挖引水泄流隧洞、爆破拆除、临时加固、非工程应急避险措施。其中，开挖泄流槽、引流泄水紧急处置堰塞湖的方法适用性广、可操作性强。在实际工程抢险过程中，开挖泄流槽的确定需要重点解决3个关键问题：进水口部位、泄水槽中心线位置及泄流断面形状和尺寸。本文在分析堰塞湖溢流特性的基础上，提出一种行之有效的堰塞湖泄流槽设计及优化技术。该技术基于堰塞坝三维激光扫描高精度DEM模型，采用D8算法模拟水流在堰塞坝上的流动状态，根据堰塞湖溢流时水流总是沿坡降最陡方向流动的特性，寻找出堰塞湖的最优泄水路径。结合现场地质、水文等实际情况，优化计算结果，确定泄水槽中心线并设计泄水槽横断面；复核过流能力和开挖方量，并最终确定设计方案。应用提出的方法对鲁甸红石岩堰塞湖引流泄水方案进行设计，分析结果与实际采用的方案比较一致。  
        关键词：堰塞湖;应急处置;3维激光扫描;泄流槽优化设计;D8算法   
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      • 聂锐华,王小凡,刘发明,王强,范念念,刘兴年
        2018, 50(3): 105-111. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800351
        摘要：川江流域历史地震是影响川江流域沙量与河床演变的主要动力因素之一，汶川地震是龙门山断裂带有历史文献记录以来发生的最大地震灾害。通过历史资料收集、野外调查与理论分析相结合，探讨了汶川地震后多种自然因素与人类活动对龙门山山前河流演变的影响，揭示了强震受损山前河流河床演变规律，提出了变化环境下的山前河流河床演变模式及其预测方法。结果表明：汶川地震后龙门山山前河流均发生了不同程度的下切，尤以石亭江为甚，2015年汛后在105省道处最大下切深度达到27.0 m；震后山前河流剧烈下切的影响因素众多，且各种影响因素相互影响、相互混掺，“来水来沙条件突变、比降不和谐”是主要内因，“工程阻隔、无序采砂”是主要外因；基于“河流临界起动假说河相关系”建立的变化环境下山前河流河床演变模式及其预测方法适用性较好，可供类似强震受损山前河流参考。  
        关键词：汶川地震;山前河流;演变模式;水沙条件;比降不和谐   
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      • 戴靠山,毛振西,赵志,王英,孟家瑶,赵晨希
        2018, 50(3): 125-133. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800369
        摘要：为研究风电塔在不同频谱特性地震动下的响应规律，针对某风电塔设计缩尺模型开展大型振动台试验。对模型塔筒进行精细设计，实现结构自振特性与原型结构相似，同时对试验模型配置叶片和无级变速电机实现运转工况模拟。根据抗震设计规范给出的设计反应谱和特征周期，选择长周期地震动和短周期地震动各2条，以及经典地震动3条，并采用三角级数叠加法生成2条人工地震波，沿塔身3个不同方向进行输入，对塔顶和塔身的加速度和速度响应以及塔底应变响应进行测试，比较风电塔模型在不同地震动和不同输入条件下的响应差异。试验结果表明，风电塔结构主次方向地震响应具有耦合现象，同时表现出高阶振型效应。风电塔在不同频率成分地震动下的响应具有较大差别，长周期地震动对风电塔模型加速度和位移响应具有放大效应。此外，风电塔在不同地震动输入方向下的响应不同，地震动主方向沿叶片平面垂直方向输入和45°方向输入下的响应较大。  
        关键词：风电塔;地震;振动台试验;地震动特性;响应规律   
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      • 谭平,刘晗,张亚飞,周福霖
        2018, 50(3): 134-141. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800304
        摘要：提出一种适用于经济欠发达地区的高性能低造价隔震支座，该支座采用工程塑料板代替传统橡胶隔震支座中的钢板制成，传统隔震支座的理论公式不再适用，必须通过柔性加劲层隔震支座理论求解，其解析表达式运算复杂，不便于工程应用。作者提出一种简化计算方法用于计算该型隔震支座在压缩和纯弯曲状态下的强度、刚度与应力值。引入加权残值法，求解基于柔性加劲层隔震支座理论的橡胶层应力的平衡方程。根据精度要求，通过试算选取合适的试函数，求解高性能低造价隔震支座在压缩和纯弯曲状态下橡胶层应力的简化解，进一步推导出隔震支座的应力分布、压缩刚度、弯曲刚度以及极限压缩应力的简化公式。引入隔震支座特征参数，通过参数分析发现简化公式的误差随着隔震支座长宽比和特征参数的增加而增加，进而给出简化公式的适用范围。最后选取不同长宽比和特征参数的四组典型的高性能低造价隔震支座试件进行系统的力学性能试验。结果表明对于常用的方形和条形隔震支座，简化公式求解竖向刚度的误差总体上与解析公式相近，验证了简化公式的准确性与简化计算方法的合理性。该方法可推广至采用任意几何形状和其他加劲材料的隔震支座力学性能的简化计算，有利于高性能低造价隔震技术在经济欠发达地区的推广应用。  
        关键词：隔震;隔震支座;力学性能;简化计算;加权残值法   
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      • 吕洋,熊峰,葛琪
        2018, 50(3): 142-148. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800365
        摘要：基于等效线弹性系统位移的土–上部结构相互作用抗震设计方法中的不足，特别针对设计标准中关于相互作用系统等效阻尼比公式以及相关研究提供的设计步骤中存在的问题,提出了一个新的基于非弹性位移且考虑土–结构相互作用抗震设计方法。该方法将相互作用系统用一个等效单自由度理想弹塑性振子替代，并结合非弹性位移谱进行设计。给出了替代振子周期、阻尼比和延性比的公式和推导过程，以及与《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）中弹性位移谱相容的非弹性位移谱的建立方法和具体的设计步骤。并使用提出的公式对已有的基于弹性位移谱的设计方法进行了修正。将新方法与修正后的已有方法应用于具体的设计算例，通过非线性时程分析方法对设计结果进行验算。验算结果表明，基于非弹性方法的设计最大位移值比基于弹性方法的方案更接近时程分析结果。  
        关键词：基于位移的设计;土–结构相互作用;等效单自由度振子;非弹性反应谱;等效线性化;非线性时程分析   
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        发布时间：2024-01-10
      • 韩建平,魏世龙,张鑫
        2018, 50(3): 149-157. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800352
        摘要：选择合适的地震动输入是进行结构非线性动力分析和增量动力分析的基础。首先选取实际近场和远场地震动记录各20条，并运用谱匹配方法对其进行目标设计谱匹配，得到谱匹配后的近场和远场地震动记录各20条。选择地震动最大峰值速度($ PGV$)和结构基本周期对应加速度反应谱${S_{\rm{a}}}({T_1})$值为强度指标，输入4组地震动记录，对一5层钢筋混凝土框架结构，分别进行单一地震动强度水平的非线性动力分析和多重地震动强度水平的增量动力分析，提取工程需求参数如最大层间位移角和最大残余层间位移角，进而分析反映谱匹配效果的偏差指标和工程需求参数的离散性及其与地震动强度指标的相关性。最后，基于增量动力分析结果对结构进行了不同损伤状态下的易损性分析。分析结果表明：工程需求参数分析结果与$PGV$的相关性明显优于与${S_{\rm{a}}}({T_1})$的相关性；输入谱匹配后的近场和远场地震动记录，工程需求参数分析结果的离散性明显降低且最大层间位移角无明显偏差；以$PGV$为强度指标，相同$PGV$时远场地震动引起的结构最大层间位移角较大，而以${S_{\rm{a}}}({T_1})$为强度指标，相同${S_{\rm{a}}}({T_1})$时则是近场地震动引起的结构最大层间位移角较大；结构倒塌前，近场地震动作用下各损伤状态对应的最大残余层间位移角较大，达到倒塌状态时，近场地震动作用下结构的最大残余层间位移角较小。  
        关键词：最大峰值速度;近场地震动;偏差;离散性;相关性;易损性   
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      • 韩用顺,王晶,吴淼,李乐林,张东水,张金平
        2018, 50(3): 158-168. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800244
        摘要：对震后潜在泥石流灾害进行危险性评价是灾害预测预报与防治规划的重要内容和技术基础，也是目前泥石流领域研究的薄弱环节。以汶川县为典型研究区，通过资料收集、野外考察和遥感调查，遴选出震后泥石流频次、流量和地貌信息熵3个关键指标，改进震后泥石流流量计算方法，建立DNWT模型动态监测并快速提取震后泥石流物源信息；基于此，构建评价指标体系，以小流域为评价单元，采用GIS技术和灰色系统理论与方法，建立评价模型，进行研究区震后潜在泥石流危险性评价与区划。结果表明：1）提出DNWT震后泥石流物源提取模型，能实现震后泥石流判识和崩塌滑坡及其松散堆积体等泥石流物源信息动态监测与自动提取；2）结合野外调查和泥石流物质量计算数据，采用配方法，修正了震后泥石流流量计算公式，与震前相比，堵塞系数增加1.72～3.46倍，流量呈指数增大；3）基于对研究进行小流域划分，引入地貌信息熵，简化震后泥石流危险性评价参数，实现了对子流域地貌发育阶段和沟谷危险程度的判断；4）研究区大部分泥石流沟处于中度及以上危险区，具有极大的潜在危险性，其中高、极高危险性泥石流沟89条，占泥石流总数的39.2%，主要沿岷江干流和渔子溪河谷两岸分布，为防灾减灾的重点区，且资源环境承载力低，不宜进行规模以上开发建设，需加强灾害监测预警与综合防治。研究结果可为震后泥石流遥感动态监测、定量风险评估和防灾减灾管理提供依据与参考。  
        关键词：震后泥石流;危险性评价;物源信息提取;流量计算;汶川县   
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      • 李碧雄,廖桥,曾小灵,王燕鹏,彭博
        2018, 50(3): 169-176. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800182
        摘要：地震造成简支梁桥主梁移位甚至落梁破坏的原因不仅与桥梁自身结构有关，还与场地效应和场地位移密切相关。本文以“5·12”汶川地震中发生落梁破坏的高原大桥为研究对象，通过数值模拟软件ABAQUS建立桥梁–场地的整体有限元模型，研究场地效应和场地位移对简支梁桥发生落梁破坏的影响，并结合实际震害特征、地质力学模型试验结果分析高原大桥落梁破坏机理。研究结果表明：简支梁桥桥墩与主梁的相对滑移量受局部场地条件的影响较大，近河岸处的墩–梁滑移量比远河岸处的大；场地软弱程度对桥梁结构的地震反应有明显影响，场地软弱程度越大（即基岩弹性模量越小），墩–梁滑移量呈波动性增加；随场地位移的增加，跨径变化和墩–梁滑移量都逐渐增大；均质基岩条件下的简支梁桥各跨跨径变化值相近，墩–梁滑移量小，各桥墩协调变形能力较好；场地位移方向上各跨跨径变化值逐渐减小，即跨径变化值由小到大依次排列为一跨、二跨、三跨和四跨；高原大桥二跨处出现纵向落梁破坏的主要原因是大桥与宏观震中牛圈沟、龙门山中央主破裂带相距太近，基岩处存在较软的页岩，不利的局部场地条件，板式橡胶支座稳定性较差，且大桥设置了横向挡块。  
        关键词：高原大桥;场地效应;场地位移;落梁破坏机理;有限元   
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      • 蒲黔辉,谢宏伟,杨丁,赵刚云,王一凡
        2018, 50(3): 177-184. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800191
        摘要：基于自主研发的可重复使用的加载装置，研究了配有钢丝网的高性能树脂混凝土薄层（HTRCS）对钢筋混凝土（RC）偏压柱的加固效果。通过8个大偏心试件研究了不同的加固位置和不同的钢丝网的布置层数对加固试件的破坏形式和极限荷载等的影响，并对比其中两个分别采用了不同加载装置的未加固试件的试验结果来分析自主研发装置对偏压柱受力状态的影响。最后为了进一步研究HTRCS加固RC偏压柱的加固机理，通过有限元软件分析了加固层的厚度和荷载的偏心距离等参数对加固试件承载力的影响。结果表明：该自主研发的装置不但能够较好地解决目前偏压柱试验竖向加载的安全性问题，而且能符合偏压柱的实际受力状态。HTRCS加固在受拉侧的试件破坏时受拉侧的裂缝分布与钢丝网的布置层数密切相关，当钢丝网的层数布置合理时，受拉侧的裂缝分布呈网状形；HTRCS加固在受压侧的试件破坏时受拉侧的裂缝间距与钢丝网的布置层数关系不大，但随着钢丝网的布置层数增大，受拉侧的裂缝宽度减少。HTRCS加固RC偏压柱能有效地提高试件承载力，但对于不同的加固位置，其加固机理不同。对于加固在受拉侧的试件，承载力的提高主要由钢丝网布置层数控制。当不布置钢丝网时，2 cm厚度的HTRCS加固试件受拉侧的承载力的提高仅为8%。对于加固在受压侧的试件，承载力的提高主要由加固层厚度控制。当不布置钢丝网时，2 cm厚度的HTRCS加固试件受压侧的承载力的提高可接近30%。当偏心距和柱截面沿偏心方向的长度的比值在0.7以上时，HTRCS加固在试件受拉侧的增强效果比加固在受压侧更明显。  
        关键词：树脂混凝土钢丝网薄层;偏压柱;加固试验;有限元分析   
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      • 彭清娥,刘兴年,黄尔,杨克君,赵明辉
        2018, 50(3): 185-192. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800194
        摘要：引发暴雨山洪的主要因素除大气降水特性以外还与下垫面森林植被状况有着密切的关系，流域植被对坡面汇流时间有着直接的影响。目前应用最为广泛的坡面汇流时间公式，以坡面长度、综合糙率、有效降雨强度及坡度的恒定指数形式表征其对汇流时间的影响，而植被对汇流时间的影响是隐含在综合糙率之中，从而无法直接利用有关植被的高精度遥感资料。本研究基于不同下垫面情况下不同坡度、不同雨强的坡面汇流系列试验，深入分析植被对坡面汇流时间的影响，引入植被覆盖度因子，结合统计分析方法，建立植被与坡面汇流时间的关系。研究结果表明：植被的种类（草或灌木）对坡面汇流时间影响存在一定差异，草植被下的坡面汇流时间大于相应条件灌木植被下的坡面汇流时间；植被覆盖度（草或灌木）对坡面汇流时间存在显著影响，坡面汇流时间随植被覆盖度的增大出现明显的增加；降雨强度、坡度对坡面汇流时间的影响也较为显著，坡面汇流时间随雨强及坡度的增大而出现明显的减小；草及灌木植被覆盖度指数随坡度及雨强变化规律基本相似，总体上草植被覆盖度指数略大于灌木植被覆盖度指数。随着雨强增大，植被覆盖度指数减小趋势较为明显；随着坡度变缓，植被覆盖度指数有所增大。本研究将植被因子从综合糙率中剥离出来，便于融合植被遥感数据，从而提高坡面汇流时间的计算精度。  
        关键词：植被种类;植被覆盖度指数;坡面汇流时间;人工模拟降雨   
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      • 王东坡,黄畇坤,何思明,裴向军,吴永,李沁泽
        2018, 50(3): 193-200. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800193
        摘要：在棚洞工程的顶板与梁之间布设耗能器能大幅度提升棚洞工程抗冲击能力。为此，提出一种新型波纹圆管状金属耗能器，通过将圆管状耗能器的外壁加工为波纹状结构达到降低初始屈服载荷，稳定耗能器屈曲阶段及提升耗能器吸能效率的目的，最终增强棚洞工程抵抗滚石冲击的能力。对不同参数的波纹圆管状耗能器实物模型采用压缩试验并开展力学分析，引入动力有限元对压缩过程进行模拟并与物理模型试验进行对比验证；开展滚石冲击不同缓冲形式棚洞的动力响应研究，通过对棚洞顶板挠度、受冲击时棚洞的支座反力及不同耗能器的吸能总量的对比分析，揭示耗能器缓冲作用机理。结果表明：与圆管耗能器相比，波纹圆管状耗能器可降低初始屈服荷载至1/3左右，并更易以轴对称破坏的形式稳定屈曲破坏。数值模拟实例表明：当棚洞受到滚石冲击时，波纹圆管金属耗能器的有效屈曲可使棚洞顶板最大挠度值降低约47%；同时随冲击能量大小的变化不同程度地降低棚洞对其地基的压力，并可一定限度地减小棚洞结构之间产生的振动，而波纹圆管状金属耗能器的耗能总量远高于常用的圆管金属耗能器。因此，在棚洞工程中引入波纹圆管状金属耗能器可达到提升整体棚洞工程抵抗滚石冲击的目的。  
        关键词：棚洞工程;波纹圆管状金属耗能器;耗能减震;优化设计   
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      • 马恺泽,马煜东,刘伯权
        2018, 50(3): 201-208. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700905
        摘要：为研究超高性能混凝土（UHPC）柱偏心受压性能，完成了7个UHPC柱和1个高强混凝土（HSC）柱的偏心受压试验；通过改变UHPC的钢纤维体积掺量以及偏压柱的偏心距及配箍率，分析试件在竖向荷载作用下的破坏形态、承载能力及变形能力。试验结果表明，UHPC柱在偏心受压作用下的破坏形态为大偏心受拉破坏和小偏心受压破坏；大偏心受拉破坏为受拉区纵筋屈服、裂缝细密，受压区UHPC被压裂；小偏压受压破坏为受拉区纵筋未屈服、裂缝细微且数量少，受压区UHPC被压碎。由于钢纤维的“桥联”作用，受拉裂缝得到有效的抑制,且数量明显增多、宽度减小；UHPC大偏压柱荷载-挠度曲线有较平缓的下降段，表现出良好的延性；与HSC柱相比，UHPC柱开裂荷载提高了44.5%和59%，极限荷载提高了30.2%和58.9%，随钢纤维体积掺量的增加，UHPC柱极限荷载提高13.3%～58.9%，破坏挠度提高14.3%～146.5%，随配箍率的增加，极限荷载提高6.2%～11.4%，破坏挠度提高14%～14.8%，通过增加钢纤维体积掺量及配箍率能有效的提高UHPC柱的承载能力和变形能力；基于UHPC较高的抗拉强度，考虑对受拉区的贡献，采用等效矩形应力图简化计算，提出UHPC偏心受压柱的承载力计算公式。计算值与试验值吻合良好。可为工程应用提供理论依据。  
        关键词：超高性能混凝土;偏心受压柱;钢纤维体积掺量;极限荷载;破坏挠度   
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      • 于建兵,郭正兴,郭悬
        2018, 50(3): 209-215. DOI: 10.15961/j.jsuese.201701018
        摘要：为了能够综合评价一种钢绞线锚入式新型节点体系的抗震性能，对4个不同构造形式的预制装配节点及1个现浇节点进行低周反复荷载试验，考察各个节点的破坏过程及破坏形态，分析节点的骨架曲线、耗能能力及刚度退化。试验结果表明所有节点都发生了梁端弯曲破坏，节点区仅仅出现几条微小的交叉裂缝。在加载前期，所有预制节点的耗能能力不如XJ节点，设置附加钢筋的预制节点PC1和PC2，在加载后期的耗能能力强于XJ节点和预制PC3、PC4节点。由于预制节点在键槽处，存在新老混凝土结合面，导致所有预制节点在弹性阶段刚度都小于XJ节点，进入屈服阶段后，键槽段箍筋加密及附加钢筋的作用，使得PC1和PC2节点刚度大于XJ节点。综合来看，附加钢筋对于节点的承载能力及耗能性能都有所贡献。试验结果的基础上，采用ABQUAS对节点进行参数化分析，通过改变轴压比、混凝土强度等级、节点核心区附加钢筋直径等参数，得出不同的参数变化对预制节点力学性能的影响。  
        关键词：装配式;预应力;梁柱节点;抗震性能;有限元   
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      • 孙长宁,苏立君,张崇磊,肖思友
        2018, 50(3): 216-223. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700834
        摘要：由于传统钢筋锚杆存在易腐蚀、耐久性差等缺点，GFRP（玻璃纤维增强复合材料）锚杆得到了高度重视。然而，GFRP锚杆的弹性模量小且抗剪强度低，故其加固顺层岩质边坡的机制仍需进一步研究。考虑顺层岩质边坡的顺层滑移破坏模式，基于Winkler假定和锚杆荷载传递机理对边坡岩体与锚杆的相互作用机制进行理论分析，建立剪切位移作用下锚杆的力学模型，并对其进行验证。基于此，结合GFRP锚杆的物理力学参数（如弹性模量、抗剪强度等），考虑坡体剪切位移、锚杆与潜在滑面夹角及岩体无侧限抗压强度等影响因素，分析GFRP锚杆加固顺层岩质边坡的机制。结果表明：1）当锚杆与潜在滑面夹角为45°时，硬岩中坡体较小的剪切位移导致GFRP锚杆发生剪切屈服；软岩中坡体产生较大的剪切位移时，GFRP锚杆发生受拉屈服。2）当锚杆屈服时，GFRP锚杆在加固不同抗压强度的岩体时提供的抗力差异较大，加固软岩时抗力最大；随着岩体无侧限抗压强度增大，GFRP锚杆提供的抗力逐渐变小；相比而言，钢筋锚杆在加固不同抗压强度的岩体时提供的抗力大小基本接近。3）硬岩中，锚杆与潜在滑面夹角对GFRP锚杆抗力的影响较大，夹角越小，抗力越大；软岩中，锚杆与潜在滑面夹角对GFRP锚杆抗力的影响较小；当夹角为5°～60°时，GFRP锚杆均能提供较大抗力。研究结果为岩质边坡锚固研究及工程应用提供参考。  
        关键词：GFRP锚杆;顺层岩质边坡;顺层滑移破坏;力学模型;机制   
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      • 徐昕军,杨峰
        2018, 50(3): 224-232. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800155
        摘要：针对城市地下病害风险评估问题兼具模糊性和随机性，提出一种基于云理论和集对理论的城市地下病害风险评估模型，定量评估病害危险性。依据相关标准，从风险发生概率和风险后果两方面选取25项病害风险评估指标，建立4级风险评估体系及指标量化标准；引入不确定性人工智能中研究模糊性与随机性关联的云理论，利用基于2阶中心距和4阶中心矩的逆向高斯云算法将指标值转化为指标云模型；提出一种最小二乘法优化的云–Critic耦合权重，综合考虑主观云权重与客观Critic权重，利用最小二乘法将二者组合并优化，为指标云合理分配权重并逐级计算得到综合云；通过引入集对分析（SPA）理论，提出一种基于集对势和高斯云“3En”规则的云模型相似度计算方法，利用高斯云的“3En”规则统计云滴并进行同异反分析，采用集对势计算综合云隶属度，判定病害风险等级。利用所建模型定量评估贵阳市道路检测工程实例，评估结果符合开挖验证实际情形，验证了模型的适用性。此外，将本文模型与层次分析法、模糊综合评价及模糊层次分析法构建的评估模型进行对比实验，结果表明本文模型具有更高的评估准确度。因此，将本文模型应用于城市地下病害的风险评估具有可行性。  
        关键词：病害风险评估;风险评估模型;云模型;集对分析;城市地下病害   
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      • 袁维,郑传厂,王伟,李宗鸿,李家欣,闻磊,常江芳
        2018, 50(3): 233-239. DOI: 10.15961/j.jsuese.201700910
        摘要：倒悬危岩体是常见的一种危岩形式，在地震荷载作用下极易发生弯折崩塌事故，因此，研究地震诱发其崩塌失稳的评价方法对于评估该类型危岩体在地震作用下的安全性具有重要的意义。基于悬臂梁计算理论，首先推导了任意形状的倒悬危岩体在水平地震荷载和自身重力作用下最危险截面的最大拉应力计算公式，建立了最大拉应力的地震时程曲线，同时，把最大拉应力强度准则作为危岩体裂缝扩展的判据，并结合弹性应变能与裂缝扩展能量密度之间的关系，建立了裂缝扩展深度的计算方法，进而研究危岩体裂缝扩展随时间变化的演化过程。其次，针对实际工程中常见的危岩体形态，把倒悬危岩体简化为两种特殊形状：等截面长方体和等截面圆柱体，提出了此两类危岩体发生弯折破坏的裂缝临界深度计算公式，并建立了其在地震作用下安全系数的计算方法，即安全系数等于裂缝临界深度与地震后危岩体裂缝深度的比值。最后，以某高速公路隧道进口的倒悬危岩体为研究对象，采用本文的计算方法探讨了其在地震作用下不同时间步的裂缝深度演化规律，结果表明，在8级地震作用下，此处危岩体在14 s时的裂缝总深度（0.175 9 m）超过了满足自稳条件的裂缝临界深度（0.167 m），即在14 s时发生弯折崩塌，从而说明本文计算方法的可行性。  
        关键词：倒悬危岩体;地震崩塌;裂缝扩展;悬臂梁理论;最大拉应力准则   
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      • 雷明,许泽星,刘兴年,王协康
        2018, 50(3): 240-246. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800142
        摘要：山区流域地表及沟床表层常富集大量由宽级配卵砾石所组成的松散堆积物，在地震及其次生灾害的作用下，大量松散碎屑物质会以崩塌、滑坡、泥石流等形式进入山区河道，进而改变河流的泥沙补给条件。为了研究地震荷载对于松散体变形过程和运动特点的影响，基于3维颗粒离散单元法对不同地震荷载作用下的松散体的运动过程进行了数值模拟，重点分析与讨论了地震波频率、振幅的变化对于松散体运动及变形特点的影响。计算结果表明：松散体的运动过程由起动加速、高速运动以及减速堆积3个阶段所组成；在颗粒运动过程中，颗粒的粒径越小，颗粒的运动速度越慢；颗粒进入河道后粒径较大的颗粒堆积在表面前段，而粒径较小的颗粒位于堆积体的下后部。地震荷载的作用可以大幅度地减小单元接触数量，颗粒越稀疏，颗粒间的相互碰撞越少，颗粒具有的能量越大，这会导致松散体的运动速度和运动距离均有显著提高，并且地震波的频率越低、振幅越大，颗粒的运动速度与运动距离越大，这会使得原本未进入河道的松散堆积物质进入河道，由此导致山区河流的泥沙补给质量明显增大。由此可见，地震对于山区河流的泥沙补给条件具有重要的影响，为深入研究震后山洪泥沙灾害频发致灾提供了理论依据。  
        关键词：地震;松散体;碰撞接触;离散单元法;数值模拟   
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        发布时间：2024-01-10
      • 白琦,肖明
        2018, 50(3): 247-255. DOI: 10.15961/j.jsuese.201800159
        摘要：通过分析前人研究岩体单元变形破坏过程中能量演化的试验数据，表明岩体单元的可释放弹性能储能极限与岩体单元所受应力状态和岩性有关；基于岩体单元整体破坏失稳的定义，推导了不同应力状态下岩体单元的整体破坏失稳准则；基于热力学第二定律和最小能量原理，提出地下洞室动静力失稳判别准则；运用有限差分数值分析软件FLAC3D，以完建期有无地震动作用的某地下隧洞工程为例，分别进行有无支护工况下地下隧洞的动静力稳定性分析。研究表明：该地下隧洞在所有静力工况和地震工况3下只会发生应力型局部失稳，在地震工况1和2下极有可能发生应力型整体失稳。无支护工况、施加喷锚支护工况和施加喷锚与二衬支护工况下的地下隧洞受地震动作用后洞周发生整体破坏的岩体单元体积分别增加了1 553.15、1 091.79、223.07 m3，可知施加衬砌支护后发生整体破坏的岩体单元体积的减少幅度大于施加喷锚支护后发生整体破坏的岩体单元体积的减少幅度，表明衬砌支护的抗震效果好于喷锚支护。本文提出的地下洞室动静力失稳判别准则可作为采用数值模拟手段研究地下洞室动静力稳定性的有效判据，研究成果能为地下洞室的设计和施工提供有益参考。  
        关键词：能量;岩体单元;整体破坏;地下隧洞;稳定性;地震   
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