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第1章 绪论1

1.1 选题背景和研究意义1

1.1.1 地下工程的现状1

1.1.2 地震灾害概况2

1.1.3 问题的提出3

1.2 主要科学问题及国内外研究进展4

1.2.1 地下洞室群地震响应分析的研究方法8

1.2.2 大型复杂结构动力分析高效计算的实现途径11

1.2.3 地下洞室群围岩稳定分析方法13

1.2.4 地震作用下洞室群围岩稳定判据研究14

1.3 本书的研究内容与技术路线15

第2章 三维弹性有限元动力计算平台的开发18

2.1 概述18

2.2 系统运动方程18

2.2.1 动力平衡方程18

2.2.2 单元刚度矩阵19

2.2.3 单元质量矩阵19

2.2.4 单元阻尼矩阵20

2.3 人工边界条件20

2.3.1 基本概念与分类20

2.3.2 黏弹性人工边界原理21

2.3.3 等效黏弹性边界单元与设置方法22

2.4 地震荷载的输入25

2.4.1 动力分析问题的分类25

2.4.2 人工边界的波场分解25

2.4.3 内行波场的计算26

2.4.4 输入地震荷载的求解28

2.5 运动方程的求解31

2.6 算例验证33

2.6.1 内源荷载输入33

2.6.2 外源荷载输入36

2.7 结构地震响应分析时的若干问题37

2.7.1 地震波的选取37

2.7.2 动力计算对模型网格尺寸的要求38

2.7.3 强震监测数据的滤波和基线校正38

2.7.4 地下洞室地震响应时输入地震波的折减39

2.7.5 近场实测强震数据的方向变换40

2.8 本章小结46

第3章 地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析48

3.1 概述48

3.2 地震荷载作用下岩体的动态响应特性48

3.2.1 岩体在动力荷载作用下的响应特性48

3.2.2 地震荷载作用下地下洞室的应变率分布规律53

3.2.3 洞室地震响应分析时岩体物理力学参数的取值59

3.2.4 本节小结62

3.3 三维弹塑性损伤动力有限元分析63

3.3.1 屈服准则与塑性本构关系63

3.3.2 岩石损伤破坏的本构方程69

3.3.3 动力弹塑性损伤有限元迭代方法72

3.3.4 动力分析计算基本过程76

3.4 实例分析78

3.4.1 工程概况78

3.4.2 震后实地震损调查79

3.4.3 实测强震数据分析86

3.4.4 地下洞室地震响应分析87

3.4.5 本节小结104

第4章 大型地下洞室群地震响应的多尺度优化分析方法106

4.1 概述106

4.2 结构动力分析中实测强震加速度时域选取的优化算法106

4.2.1 问题描述106

4.2.2 基本思路108

4.2.3 实测强震加速度数据能量的时域表示108

4.2.4 瞬时能量下限值的确定113

4.2.5 时域优化过程中的若干问题处理115

4.2.6 优化算法的有效性验证116

4.2.7 优化算法的可靠性验证119

4.2.8 优化算法的实质135

4.2.9 结论和讨论135

4.3 大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法137

4.3.1 问题描述137

4.3.2 基本思路137

4.3.3 基于幅值折减的地震波动场计算139

4.3.4 动力子模型法的实现141

4.3.5 算例验证143

4.3.6 动态子结构法及其与动力子模型法的区别149

4.3.7 结论和讨论151

4.4 地下洞室地震响应计算的结构模型合理截取范围确定方法152

4.4.1 问题描述152

4.4.2 基本方法153

4.4.3 计算工况和参数设置154

4.4.4 结构计算模型的合理截取范围分析154

4.4.5 结论和讨论156

4.5 本章小结157

第5章 地下洞室群结构面控制型围岩破坏的有限元分析158

5.1 概述158

5.2 基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法160

5.2.1 问题描述160

5.2.2 基本思路161

5.2.3 基于单元重构技术的结构面建模162

5.2.4 岩土工程中的复杂地质断层建模实例169

5.2.5 含地质断层的重构模型计算分析171

5.2.6 讨论176

5.2.7 结论177

5.3 基于薄层单元的地下洞室断层结构计算分析178

5.3.1 基于形函数通用格式的多种形态单元计算178

5.3.2 考虑复合强度准则的地质断层结构计算188

5.3.3 实例分析189

5.4 大型地下洞室群三维复杂块体系统的搜索和稳定分析202

5.4.1 基于有限元网格的块体识别方法202

5.4.2 算例验证209

5.4.3 工程应用217

5.4.4 结论227

5.5 考虑结构面层面应力作用的块体稳定分析228

5.5.1 概述228

5.5.2 考虑结构面层面应力作用的块体稳定计算228

5.5.3 实例分析231

5.5.4 讨论234

第6章 地震作用下地下洞室群围岩稳定的安全评判方法235

6.1 概述235

6.2 基于弹塑性损伤动力有限元的围岩稳定地震响应松动判据235

6.2.1 基本思路235

6.2.2 围岩松动的评判标准236

6.2.3 工程实例分析239

6.3 基于地震响应波动解法的地下洞室群围岩稳定性评判241

6.3.1 基本理论241

6.3.2 地震作用下地下洞室群的整体稳定性评判243

6.3.3 地震作用下地下洞室群围岩局部稳定分析253

第7章 结论与展望257

7.1 结论257

7.2 展望259

参考文献262

攻博期间发表的论文及科研成果目录285

致谢290