高壩旋轉(zhuǎn)地震響應三維數(shù)值模擬與旋轉(zhuǎn)破壞實驗

旋轉(zhuǎn)地震學作為新型學科對加深理解工程結構的地震響應特征與地震破壞機理起著重要作用，可為大壩抗震設計中地震峰值旋轉(zhuǎn)譜新指標的提出提供理論基礎。本項目圍繞大壩旋轉(zhuǎn)地震響應這一研究目標，從旋轉(zhuǎn)地震荷載的施加、結構旋轉(zhuǎn)地震響應、地震過程中大壩結構與地基和水庫的相互作用、結構材料的損傷開裂及裂紋擴展模擬、以及典型結構振動臺模型試驗與結構破壞試驗等方面開展研究。前期開展了在有限元程序中對結構施加地震荷載旋轉(zhuǎn)分量的方法以及旋轉(zhuǎn)分量對結構響應影響的研究，并結合振動臺模型試驗對地震的作用效應與規(guī)律性進行機理性研究，同時建立了大壩-地基-庫水動力相互作用的直接耦合分析模型，能夠模擬行波和快衰波的傳播，模型優(yōu)良的收斂性和高精度可有效解決三者動力相互作用問題。中期開展了高拱壩地震響應分析與抗震安全評價的研究，我們開發(fā)了一套拱壩三維有限元動力損傷分析模型重現(xiàn)沙牌拱壩在汶川地震中的抗震行為，并分析了拱壩裂縫產(chǎn)生的原因和抗震機理，此外我們建立了一種近似的高效增量動態(tài)分析使抗震安全性評價更符合結構真實動力工作形態(tài)，并將其應用于大崗山拱壩來驗證了分析方法的可行性。后期著重于TI介質(zhì)中地震波旋轉(zhuǎn)運動特性研究，我們推導了TI介質(zhì)中地震波旋轉(zhuǎn)與相速度關系，對不同介質(zhì)模型的地震波旋轉(zhuǎn)運動進行模擬，以分析旋轉(zhuǎn)地震運動特性。同時，我們考慮震源特性和場地地形條件，提出基于譜元法的地震動場模擬并應用于大崗山拱壩區(qū)域及溪洛渡水庫誘發(fā)地震的地震動模擬，通過模擬結果與地震實測記錄的對比充分檢驗了方法和模型的有效性。此外我們采用數(shù)據(jù)融合技術及環(huán)境背景噪聲技術構建地震區(qū)域內(nèi)地質(zhì)三維速度結構，為地震波傳播模擬提供更精確的傳播介質(zhì)模型。同時我們針對一些工程壩址區(qū)深厚覆蓋層的地震響應問題，建立了超大規(guī)模譜元法模型，模擬了純剪切震源作用下河谷覆蓋層的動力響應；對壩址區(qū)地震傳播的方向性效應等問題，建立了綜合數(shù)值模型，研究了速度大脈沖分布區(qū)域及斷層破裂速度對方向性效應的影響。該項目的實施及其取得的成果可加深理解大壩地震破壞機理和地震波傳播規(guī)律，為高拱壩抗震設計提供理論指導。 2100433B

旋轉(zhuǎn)地震學是近十多年來新發(fā)展起來的科學。無論對全球還是區(qū)域地震波場，傳統(tǒng)的觀測均包括兩大類,即（1）三分量位移（速度或加速度）觀測與（2）地球形變場觀測（應變）。近十年來發(fā)展了地面旋轉(zhuǎn)觀測，從而使得地震活動與地面運動監(jiān)測更為完備，應用前景廣闊。本項研究擬探討水庫大壩對旋轉(zhuǎn)地震的響應，通過對不同震級、不同方位和不同震中距天然地震激發(fā)，分析不同振型地震波如縱波、橫波、瑞雷波和勒夫面波旋轉(zhuǎn)分量特征，以其為輸入，構建大壩對旋轉(zhuǎn)地震響應的三維有限元模擬方法與技術，應用于中國西部白鶴灘拱壩等300米級高壩地震響應分析，并構建相應的三分量平動位移加速度記錄以及三分量旋轉(zhuǎn)位移加速度記錄。結合高壩混凝土材料進行典型結構的旋轉(zhuǎn)運動破壞實驗，研究地震旋轉(zhuǎn)分量作用機理與結構響應特征。該項目的實施將有助于加深理解大壩地震破壞機理，為大壩抗震設計中地震峰值旋轉(zhuǎn)譜新指標的提出提供理論基礎。

兩棵二叉樹之間的旋轉(zhuǎn)距離指的是, 其中一棵樹通過盡可能少的樹旋轉(zhuǎn)變換到另一棵樹, 此過程中所使用的旋轉(zhuǎn)次數(shù). 對于一個包含相同個數(shù)節(jié)點的二叉樹集合, 它們兩兩之間的距離可以構成一個度量空間. 是否存在一個算法, 能在多項式時間內(nèi)計算兩個二叉樹之間的旋轉(zhuǎn)距離, 目前還是一個未決問題。

大壩的抗震安全是強震區(qū)建設高壩大庫必須解決的關鍵技術問題之一。本書是關于混凝土壩地震非線性響應過程模擬的專著。介紹了在考慮混凝土細觀非均勻性影響下的混凝土壩地震損傷破壞模型、混凝土拱壩和重力壩在強震作用下的災變過程的模擬，以及在此基礎上開展的混凝土壩地震風分析和抗震加固分析的模擬等內(nèi)容。本書可供力學、水利、土木、交通、港口、工業(yè)民用建筑等領域從事混凝土理論研究的科學研究工作者和工程技術人員閱讀。