黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定
《黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定》系統(tǒng)介紹黃土隧道地震動(dòng)穩(wěn)定的分析方法，給出具體的基于有限元強(qiáng)度折減法的分析方法，并針對多種因素耦合作用對黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析做出相應(yīng)的介紹。全書共12章，主要內(nèi)容包括：強(qiáng)度折減法的基本原理，隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定性分析的動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法和動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法，地震作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，地震一滲流一列車荷載作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的斷面形式，列車荷載和雨水滲流及二者共同作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定以及考慮黃土動(dòng)參數(shù)情況下隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定。
《黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定》可作為土木工程、水利水電工程等領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究、施工技術(shù)人員和研究生等的參考書。
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黃土主要分布于中國、美國的中西部和俄羅斯的南部等國家和地區(qū)，總面積約1300萬km2，而在我國黃土總面積達(dá)63.1萬km2，主要分布在陜西、山西、河南、甘肅、寧夏等12個(gè)省（自治區(qū)）。近年來，隨著西部大開發(fā)和國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，大量的黃土隧道正在建設(shè)或有待建設(shè)，這些黃土隧道多處在高烈度地震區(qū)。因此，研究黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
2009年5月以來，作者有幸結(jié)識(shí)中國工程院鄭穎人院士，并在他的指導(dǎo)下在中國人民解放軍后勤工程學(xué)院從事博士后研究工作。本書提出的兩種方法就是在鄭院士研究的基本框架下實(shí)現(xiàn)的，在此，對他的無私付出表示由衷的感謝！博士后出站后，作者與所指導(dǎo)的研究生繼續(xù)開展這方面的工作，系統(tǒng)研究了多種因素作用下黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定特性。
全書共12章，第1章為緒論，介紹國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀；第2章為強(qiáng)度折減法的基本原理，介紹基本原理、屈服條件和破壞準(zhǔn)則；第3章為隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定性分析的動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法；第4章為隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定性分析的動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法；第5章為無襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析；第6章為有襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析及工程應(yīng)用；第7章為地震一滲流一列車荷載作用下的黃土隧道斷面形式；第8章為列車荷載作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定：第9章為雨水滲流作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定：第10章為列車荷載和雨水滲流作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定；第11章為考慮黃土動(dòng)參數(shù)的隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定；第12章為工程應(yīng)用，針對已建黃土隧道進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定分析。
本書編寫過程中，得到了博士研究生景偉及碩士研究生齊尚榕、聶俊、趙亮、石瑋、范晶等的支持，在此對他們表示衷心的感謝；另外，本書還參考了很多國內(nèi)外專家和同行學(xué)者的論文及專著，對所有參考文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝！
本書出版得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51478212）和教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（博導(dǎo)類）（20136201110003）的支持，在此表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，本書難免存在不足，歡迎廣大讀者批評指正。
程選生，蘭州理工大學(xué)教授，工學(xué)博士，博士研究生導(dǎo)師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師。1995年鄭州工學(xué)院工民建專業(yè)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2001年蘭州大學(xué)固體力學(xué)專業(yè)獲工學(xué)碩士學(xué)位，2007年蘭州理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)獲工學(xué)博士學(xué)位，2009年和2011年分別進(jìn)入中國人民解放軍后勤工程學(xué)院和北京工業(yè)大學(xué)土木工程博士后流動(dòng)站從事博士后研究工作，2012年國家公派赴美國西北大學(xué)訪學(xué)一年�，F(xiàn)為國際隔震與消能減震控制學(xué)會(huì)（ASSISi）理事、國際土力學(xué)協(xié)會(huì)委員、中國力學(xué)學(xué)會(huì)計(jì)算力學(xué)委員會(huì)特邀委員、中國地震工程學(xué)會(huì)巖土防震減災(zāi)委員會(huì)委員、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖土工程信息技術(shù)與應(yīng)用分會(huì)理事、中國土木工程學(xué)會(huì)土力學(xué)及巖土工程分會(huì)青年工作委員會(huì)委員、中國土木工程學(xué)會(huì)防震減災(zāi)工程技術(shù)推廣委員會(huì)青年分委會(huì)委員及甘肅省建設(shè)科技與建筑節(jié)能協(xié)會(huì)委員，《振動(dòng)與沖擊》《中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》《四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）》《中國公路學(xué)報(bào)》等期刊審稿人，教育部學(xué)位中心通訊評議專家，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國博士后基金項(xiàng)目通訊評議專家，甘肅省震后房屋建筑應(yīng)急評估專家。主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)、教育部博士點(diǎn)基金（博導(dǎo)類）1項(xiàng)、甘肅省科技支撐項(xiàng)目1項(xiàng)、甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)項(xiàng)目3項(xiàng)；參與國家973項(xiàng)目和教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目各1項(xiàng)。發(fā)表論文100余篇（SCI／EI檢索46篇，ISTP檢索10篇），申請發(fā)明專利15項(xiàng)。獲甘肅省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，甘肅省建設(shè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，獲第16屆甘肅省高等學(xué)校青年教師成才獎(jiǎng)。主要研究方向：隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)、動(dòng)力穩(wěn)定及其施工技術(shù)；特種結(jié)構(gòu)的液一固耦合振動(dòng)及減隔震性能：混凝土結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)性能；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法。
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 黃土隧道靜力穩(wěn)定的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 黃土隧道地震動(dòng)穩(wěn)定的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.3 黃土動(dòng)參數(shù)研究現(xiàn)狀 7
1.3 本書的主要內(nèi)容 9
參考文獻(xiàn) 11
第2章 強(qiáng)度折減法的基本原理 14
2.1 彈性常數(shù)對地震動(dòng)安全系數(shù)的影響 14
2.1.1 彈性模量對安全系數(shù)的影響 14
2.1.2 泊松比對安全系數(shù)的影響 15
2.2 基本原理 15
2.3 屈服條件和破壞準(zhǔn)則 16
參考文獻(xiàn) 17
第3章 隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定性分析的動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法 19
3.1 分析模型 19
3.1.1 動(dòng)力分析模型 19
3.1.2 靜力分析模型 20
3.2 動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法 21
3.2.1 模態(tài)分析 21
3.2.2 邊界頂點(diǎn)水平位移時(shí)間歷程曲線 21
3.2.3 豎向邊界各節(jié)點(diǎn)的水平位移 22
3.2.4 動(dòng)力穩(wěn)定分析 22
3.3 小結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 26
第4章 隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定性分析的動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法 27
4.1 模態(tài)分析和邊界條件 27
4.1.1 模態(tài)分析 27
4.1.2 邊界條件 27
4.2 動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法 29
4.2.1 分析模型 29
4.2.2 地震動(dòng)穩(wěn)定分析 30
4.2.3 數(shù)值算例 30
4.3 小結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 36
第5章 無襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析 37
5.1 計(jì)算范圍的確定 37
5.2 動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法在無襯砌黃土隧道中的應(yīng)用 39
5.2.1 無襯砌圓形黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定分析 39
5.2.2 無襯砌直墻式黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定分析 60
5.2.3 底腳處應(yīng)力集中對安全系數(shù)的影響 72
5.3 動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法在無襯砌曲墻式黃土隧道中的應(yīng)用 76
5.4 小結(jié) 82
參考文獻(xiàn) 82
第6章 有襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析 83
6.1 襯砌混凝土結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系 83
6.2 混凝土的本構(gòu)關(guān)系的ANSYS實(shí)現(xiàn) 85
6.3 利用動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法進(jìn)行有襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析 86
6.4 利用動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行有襯砌黃土隧道的地震動(dòng)穩(wěn)定性分析 92
參考文獻(xiàn) 98
第7章 地震-滲流-列車荷載作用下的黃土隧道斷面形式 99
7.1 材料參數(shù) 99
7.2 計(jì)算模型和邊界條件 99
7.3 地震-滲流作用下不同斷面形式黃土隧道的動(dòng)力響應(yīng) 100
7.4 地震-列車荷載下黃土隧道斷面形式研究 112
7.4.1 高速列車荷載 112
7.4.2 地震-列車荷載下不同斷面形式黃土隧道的動(dòng)力響應(yīng) 113
7.5 地震-滲流-列車荷載下黃土隧道斷面形式研究 132
參考文獻(xiàn) 153
第8章 列車荷載作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 154
8.1 計(jì)算參數(shù)與分析模型 154
8.1.1 材料參數(shù) 154
8.1.2 分析模型 155
8.2 模態(tài)分析 156
8.3 不同埋深黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 157
8.3.1 淺埋隧道 157
8.3.2 深埋隧道 161
8.3.3 超深埋隧道 163
參考文獻(xiàn) 167
第9章 雨水滲流作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 168
9.1 計(jì)算參數(shù)和分析模型 168
9.1.1 計(jì)算參數(shù) 168
9.1.2 分析模型 168
9.2 滲流作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 169
9.2.1 中雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 169
9.2.2 大雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 171
9.2.3 暴雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 174
參考文獻(xiàn) 176
第10章 列車荷載和雨水滲流作用下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 177
10.1 計(jì)算參數(shù)及分析模型 177
10.1.1 計(jì)算參數(shù) 177
10.1.2 分析模型 177
10.2 列車荷載和不同降水條件下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 178
10.2.1 列車荷載和中雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 178
10.2.2 列車荷載和大雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 180
10.2.3 列車荷載和暴雨作用下的地震動(dòng)穩(wěn)定 183
參考文獻(xiàn) 186
第11章 考慮黃土動(dòng)參數(shù)的隧道結(jié)構(gòu)地震動(dòng)穩(wěn)定 187
11.1 邊界條件 187
11.2 分析模型 187
11.3 計(jì)算參數(shù) 188
11.4 不同含水率情況下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 189
11.4.1 含水率5% 189
11.4.2 含水率10% 191
11.4.3 含水率15% 193
11.5 不同振次情況下黃土隧道結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)穩(wěn)定 195
11.5.1 計(jì)算參數(shù)和地震波 195
11.5.2 振次20 195
11.5.3 振次30 198
11.6 結(jié)果分析 200
參考文獻(xiàn) 201
第12章 工程應(yīng)用 202
12.1 工程概況 202
12.2 動(dòng)力有限元靜力強(qiáng)度折減法 202
12.2.1 分析模型 202
12.2.2 計(jì)算參數(shù) 203
12.2.3 時(shí)程分析 203
12.2.4 安全系數(shù) 204
12.3 動(dòng)力有限元強(qiáng)度折減法 206
12.3.1 動(dòng)力分析模型和計(jì)算參數(shù) 206
12.3.2 靜力分析以及熱分析 207
12.3.3 動(dòng)力分析 208
12.3.4 結(jié)果分析 209
參考文獻(xiàn) 210
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