强震作用下海底隧道多场耦合破坏机制研究

推导了层状无限域流体介质和流-固耦合饱和多孔介质中能量辐射的人工边界条件，基于 biot 饱和土介质动力方程的 u-p 形式研究了反映饱和土无约束域能量辐射效应影响的等效黏弹性人工边界单元，基于地震波转化为作用于人工边界节点上等效荷载的方法实现了波动输入。采用算例验证了等效人工单元的精度。研究了考虑多场耦合的成层半空间自由波场的一维时域化算法，采用有限差分方法，推导建立了SH波斜入射情形下、考虑土体介质阻尼影响的水平成层弹性介质出平面自由波场求解的显式数值逐步法公式，并采用Matlab程序语言编制了相应的数值计算程序。根据研究的时域人工边界及相应的应力等效条件，基于多尺度方法提出考虑地震动空间非一致性的地震输入方法，建立了考虑地震波、波浪和海流的海水－海洋工程地质体－结构的非线性动力相互作用的整体时域模型。基于地震模拟振动台三台阵系统，开展了海水－海洋工程地质体－海底隧道系统地震动非一致性的模拟试验，对数值模型进行验证。结合并行算法进行饱水介质中海底隧道失效破坏过程及其模拟研究，研究海沟地形、地质、埋深及海水等场地局部场地效应对地震波传播规律的影响。 2100433B

推导层状无限域流体介质和流-固耦合饱和多孔介质中能量辐射的人工边界条件，研究考虑多场耦合的成层半空间自由波场的一维时域化算法，求解考虑流-固多场耦合的大型海洋地质场的自由波场分析模型。研究流-固耦合的有限差分/有限元混合积分方法，根据研究的时域人工边界及相应的应力等效条件，基于多尺度方法提出考虑地震动空间非一致性的地震输入方法，建立考虑地震波、波浪和海流的海水－海洋工程地质体－海底隧道结构的非线性动力相互作用的整体时域模型。基于地震模拟振动台三台阵系统，设计流动水槽模拟近似稳流海洋水流效应，开展海水－海洋工程地质体－海底隧道系统地震动非一致性的模拟试验，对数值模型进行验证。结合并行算法进行饱水介质中海底隧道失效破坏过程及其模拟研究，研究海沟地形、地质、埋深及海水等场地局部场地效应对地震波传播规律的影响；分析海底隧道衬砌构件和连接件的动力变形特性及失效破坏特征，提出有效的抗震措施。

近二十年来，地球进入强震周期，金属材料在超低周疲劳加载下的延性断裂问题成为金属结构领域的前沿热点问题之一。《强震下金属结构的超低周疲劳破坏》主要阐述金属结构在地震等超大塑性循环加载下的延性破坏机理、理论分析模型、数值仿真模拟方法以及相关理论在金属材料、构件、节点和结构层面的应用，是作者近10年来相关研究成果的荟萃。

《强震下金属结构的超低周疲劳破坏》面向的读者包括对金属结构感兴趣的本科生、研究生、研究钢和铝合金结构的研究人员，以及涉及循环大塑性加载相关应用的结构工程师。

工程实践已表明，山岭隧道洞口段在强震作用下易发生变形及失稳破坏。本项目拟针对隧道洞口段在强震作用下的动力响应、破坏规律和分析方法进行研究。通过理论分析、数值模拟和振动台模型试验：①提出结合突变理论的位移失稳判据，与塑性区贯通失稳判据相对比，建立适用于隧道洞口段的动力强度折减法失稳判据；②在该判据的基础上，对计算条件和强度折减的实施步骤进行研究，建立隧道洞口段在强震作用下的三维动力强度折减法计算方法；③结合汶川地震现场回访、数值计算结果和振动台模型试验，给出隧道洞口段围岩变形失稳的演化规律、边坡失稳的空间特征、洞口段衬砌及洞门结构的受力和变形特征等，对隧道洞口段失稳破坏全过程的力学机理进行深入的分析。最终建立适合隧道洞口段在强震作用下失稳的分析方法。该方法对类似工程的理论研究和设计、设防等工程实践具有重要的参考价值。

本项目针对高层建筑结构地震灾变的核心科学问题，系统地开展其在强震下的破坏倒塌机制与灾变过程控制理论与方法研究。从材料、构件、子结构及结构整体多个层次上研究强震下高层建筑结构非线性反应建模理论和高效的计算分析方法，考虑多个强非线性因素的影响，实现高层建筑结构由构件损伤、局部破坏直至倒塌的动力灾变过程模拟，建立强震下高层建筑构件失效破坏准则及整体倒塌破坏准则，研究构件损伤、局部破坏与整体倒塌的内在联系，揭示高层建筑结构在强震下的破坏倒塌机制；深入研究高层建筑结构的地震失效模式，发展高层建筑结构失效模式优化及采取减震控制措施的地震灾变过程控制理论和方法，建立高层建筑结构在强震下提高整体抗倒塌能力的控制措施，为提升高层建筑的抗震能力提供坚实的理论基础和技术支撑，本项目的研究具有重大的理论意义和工程应用价值。 2100433B