CN115062395B - 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统 - Google Patents

一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115062395B
CN115062395B CN202210863639.7A CN202210863639A CN115062395B CN 115062395 B CN115062395 B CN 115062395B CN 202210863639 A CN202210863639 A CN 202210863639A CN 115062395 B CN115062395 B CN 115062395B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stability
wall
virtual model
reduction coefficient
interface reduction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210863639.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115062395A (zh
Inventor
裴强强
张博
郭青林
赵建忠
王彦武
李文俊
杨善龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gansu Mogao Grottoes Cultural Heritage Protection Design Consulting Co ltd
DUNHUANG ACADEMY
Original Assignee
Gansu Mogao Grottoes Cultural Heritage Protection Design Consulting Co ltd
DUNHUANG ACADEMY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gansu Mogao Grottoes Cultural Heritage Protection Design Consulting Co ltd, DUNHUANG ACADEMY filed Critical Gansu Mogao Grottoes Cultural Heritage Protection Design Consulting Co ltd
Priority to CN202210863639.7A priority Critical patent/CN115062395B/zh
Publication of CN115062395A publication Critical patent/CN115062395A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115062395B publication Critical patent/CN115062395B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)

Abstract

本发明提供一种了非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统，涉及固体变形分析技术领域，根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据；仅基于两次夯土振动台模拟实验的结果确定利用ANSYS软件构建土建筑遗址墙体的虚拟模型中代表夯土连接层强度与夯土层强度的比值的最优界面折减系数；利用最优界面折减系数下的土建筑遗址墙体的虚拟模型对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。提高了利用数字模拟进行非连续夯土结构稳定性分析的准确性，提高土建筑遗址墙体实施保护措施的合理性。

Description

一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统
技术领域
本发明涉及固体变形分析技术领域，特别是涉及一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统。
背景技术
中国遗存大量古代土建筑遗址，比如北部长城，西北戈壁上的关城和烽燧，以及新疆的交河、高昌、楼兰和尼雅。土建筑遗址多为墙体结构；土建筑遗址墙体分为基础部分和墙体部分；其中，墙体部分为非连续夯土结构，其由多个夯土层堆叠而成，相邻夯土层之间通过夯土连接层连接。受建造工艺影响，夯土连接层相对在长期自然和人为因素影响下最先出现表面风化、掏蚀或横向裂隙发育等多种损伤，且夯土具有强度低和抗震性能差的特点，出于古建筑遗址保护的目的，对土建筑遗址墙体进行稳定性分析必不可少。而夯土连接层的强度远低于夯土层的强度，因此在对土建筑遗址墙体进行稳定性分析时，夯土连接层的稳定性分析至关重要。
长期以来，大多数学者借用夯土振动台模拟实验或数值模拟的方法对土建筑遗址墙体进行研究。其中，夯土振动台模拟实验是一比一按照传统工艺夯筑营造的实体模型，并利用夯土振动台对实体模型进行振动模拟，确定实体模型的强度及各项动力学参数，进而对土建筑遗址墙体进行稳定性分析。但是夯土振动台模拟实验会破坏实体模型，每次实验都需重新构建实体模型，单次实验成本可达数百万，耗费了大量的人力、物力、财力和时间成本。数值模拟是利用ANSYS等软件构建土建筑遗址墙体的虚拟模型，基于虚拟模型对土建筑遗址墙体进行稳定性分析，但是目前学者在构建虚拟模型时均假设夯土层间具有良好的连接作用，一般按照均质体计算，所构建的虚拟模型中夯土层与夯土连接层的强度相同，用这种假定方法构建的虚拟模型分析夯土层结构特征受力特征和破坏机制趋于保守，与实际土建筑遗址墙体相比，安全性能和稳定性更高，使得稳定性评估结果不准确，进而导致基于稳定性评估对土建筑遗址墙体实施的保护措施不到位，造成难以挽回的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统，能够基于非连续夯土结构中夯土连接层和夯土层的强度差异构建非连续夯土结构模型，进而提高非连续夯土结构稳定性分析的准确性，提高土建筑遗址墙体实施保护措施的合理性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，包括：
根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；
对所述原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据；
对所述掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据；
根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；所述界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值；
根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数；
确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型；
确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型；
基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。
可选的，所述土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
可选的，在所述基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析之后，还包括：
根据多次所述稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
可选的，所述根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数，包括：
对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据；
确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数；
对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；
确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数；
判断所述第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；
若所述判断结果为否，则更新每个所述界面折减系数，并返回步骤“根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型”；
若所述判断结果为是，则确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。
可选的，所述第一稳定性基准数据、所述第二稳定性基准数据、所述第一稳定性初始数据和所述第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，包括：
实体模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；
第一夯土振动台模拟实验模块，用于对所述原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据；
第二夯土振动台模拟实验模块，用于对所述掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据；
初始虚拟模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；所述界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值；
最优界面折减系数确定模块，用于根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数；
原位墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型；
掏蚀墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型；
稳定性分析模块，用于基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。
可选的，所述土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
可选的，所述系统还包括：
保护措施确定模块，用于根据多次所述稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
可选的，所述最优界面折减系数确定模块包括：
第一稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据；
第一待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数；
第二稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；
第二待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数；
判断单元，用于判断所述第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；若所述判断结果为否，则调用界面折减系数更新单元；若所述判断结果为是，则调用最优界面折减系数确定单元；
界面折减系数更新单元，用于更新每个所述界面折减系数，并调用所述初始虚拟模型构建模块；
最优界面折减系数确定单元，用于确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。
可选的，所述第一稳定性基准数据、所述第二稳定性基准数据、所述第一稳定性初始数据和所述第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种了非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统，根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；对原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据；对掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据；仅基于两次夯土振动台模拟实验的结果确定利用ANSYS软件构建土建筑遗址墙体的虚拟模型(原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型)中代表夯土连接层强度与夯土层强度的比值的最优界面折减系数；利用最优界面折减系数下的土建筑遗址墙体的虚拟模型对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。避免了多次进行夯土振动台模拟实验耗费大量的人力、物力、财力和时间成本，同时在构建土建筑遗址墙体的虚拟模型时考虑了非连续夯土结构中夯土连接层和夯土层的强度差异，提高了利用数值模拟的方法进行非连续夯土结构稳定性分析的准确性，提高土建筑遗址墙体实施保护措施的合理性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中非连续夯土结构的稳定性分析方法流程图；
图2为本发明实施例中原位墙体结构示意图；
图3为本发明实施例中原位墙体初始虚拟模型图；
图4为本发明实施例中掏蚀墙体结构示意图；
图5为本发明实施例中掏蚀墙体初始虚拟模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统，能够基于非连续夯土结构中夯土连接层和夯土层的强度差异构建非连续夯土结构模型，进而提高非连续夯土结构稳定性分析的准确性，提高土建筑遗址墙体实施保护措施的合理性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，包括：
步骤101：根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
步骤102：对原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据。
步骤103：对掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据。
步骤104：根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值。具体的，原位墙体结构如图2所示，原位墙体初始虚拟模型如图3所示；掏蚀墙体结构如图4所示，掏蚀墙体初始虚拟模型如图5所示.
步骤105：根据第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数。
步骤105包括：
步骤1051:对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据。
步骤1052:确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数。
步骤1053:对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；第一稳定性基准数据、第二稳定性基准数据、第一稳定性初始数据和第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
步骤1054:确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数。
步骤1055:判断第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；若判断结果为否，则执行步骤1056；若判断结果为是，则执行步骤1057。
步骤1056：更新每个界面折减系数，并返回步骤104。
步骤1057：确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。
步骤106：确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型。
步骤107：确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型。
步骤108：基于原位墙体虚拟模型和掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。
步骤109：根据多次稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
本实施例提供的非连续夯土结构的稳定性分析方法，考虑多层界面夯土连接层不连续夯土结构的稳定性，下面，以33层夯土层的土建筑遗址墙体为例对本实施例进行具体说明：
(1)实际调查稳定性计算评价不连续层界面结构几何尺寸，确定夯土层厚度和夯土连接层厚度，从几何角度均匀划分不同层高度，层界面厚度可根据实际情况去平均值。墙体终稿2.15m，夯土层33层，每层层高0.065m，即墙体高度＝0.065×33≈2.15m，误差不超过1mm，夯土层层界面薄层建立33层，层界面高度为0.004m，夯土层实际厚度为0.061m。
(2)抽象不连续夯土结构的质点，构建不连续层界面数值模型(包括原位墙体初始虚拟模型和所述掏蚀墙体初始虚拟模型)。假定夯土层和夯土连接层内材料均匀、连续且各向异性，墙体33层夯土层及33层软弱层界面，建立不连续非线性33个质点，取33层夯土层和夯土连接层几何厚度、力学参数完全相同均匀，层界面不连续非线性66个质点。
该模型按构造可分为墙体部分和基础部分两大类。在试验过程中墙体出现明显破坏，为了使模型力学特性更接近真实性，墙体材料属性选择弹塑性力学行为。选择线性等向强化模型作为材料本构模型。由于夯土墙自身特性，其墙体层界面相当于夯土连接层因而易于墙体发生破坏。在定义层界面本构时应该相对墙体部分进行适当折减。材料基本参数如表1所示。
表1材料基本参数表
2-1)原位墙体
基础部分尺寸为3.0m×1.4m×0.5m，墙体部分总尺寸为2.72m×0.96m×2.15m(墙体底宽0.96m，整体收分顶部至0.60m)，整体误差不大于5mm。基础采用整体建模；墙体部分考虑夯土层影响采用分层建模，按实验要求建立33层墙体，每层层高0.065m,即墙体高度＝0.065×33≈2.15m，误差不超过1mm，整体下部夯土层相对较薄，上部夯土层较厚，相差不超过2mm，夯土层层界面薄层建立33层，每层层高取为1/15的墙体高度为0.004m，夯土连接层厚度包括在每个夯土层中，因此，夯土层实际厚度为0.061m。
2-2)掏蚀墙体
基础部分尺寸为3.0m×1.4m×0.5m墙体部分总尺寸为：2.72m×0.96m×2.15m(墙体底宽0.96m，整体收分顶部至0.60m)，整体误差不大于5mm。基础采用整体建模；墙体部分考虑夯土层影响采用分层建模，按实验要求建立33层墙体，每层层高0.065m,即墙体高度＝0.065×33≈2.15m，误差不超过1mm，整体下部夯土层相对较薄，上部夯土层较厚，相差不超过2mm，夯土层层界面薄层建立33层，每层层高取为1/15的墙体高度为0.004m，夯土连接层厚度包括在每个夯土层中，因此，夯土层实际厚度为0.061m,掏蚀区域掏蚀深度450mm，掏蚀高度560mm，掏蚀高度在第9层夯土层。
(3)按照测试评价墙体重塑样测试连续结构和非连续层界面抗拉强度、抗剪强度的差异。实验室测试确定层界面的抗拉强度、抗剪强度与无界面试验的差异，并确定试验的基本物理力学参数用于模拟计算过程。
(4)确定稳定性分析模型(原位墙体虚拟模型和掏蚀墙体虚拟模型)和最优界面折减系数。可根据试验结果取最优界面折减系数，也可以按照经验1/6-1/10取值。
4-1)层界面受力机制测试
夯土层界面抗拉强度远低于夯土层抗压强度，抗拉强度仅为抗压强度的1/30。因此，夯土遗址层界面抗拉强度是遗址极限破坏的决定性因素。无界面试样和夯窝层界面处理试样的抗剪强度与法向应力具有较好的线性关系。其中无界面试样的内摩擦角最大52.62°；窝面层界面试样内摩擦角为44.96°，夯窝层界面试样与无界面试样的黏聚力相比减小3.9％和4.5％。其中无界面夯土抗拉强度为0.077MPa，层界面夯土体抗拉强度为0.05-0.06MPa之间，整体下降了35％。
4-2)参数选取
4-2-1)弹性模量分析
以试验测得的墙体弹性模量298MPa及固有频率为9.8Hz为依据，按界面折减系数为1/5、1/4、1/3、1/2、1、3/2先取得6组弹性模量，并建立原位模型与掏蚀模型进行模态分析得到各自固有频率汇总如表2，可知当界面折减系数为1/2和1时得到的频率较为接近试验值，为近一步接近试验值，在此基础上取界面折减系数7/10、8/10、9/10，建立原位模型与掏蚀模型进行模态分析得到固有频率汇总如表2，综上可知墙体的弹性模量可按(8/10)×298MPa(即238.4MPa)～298MPa取值，而夯土连接层弹性模量按墙体弹性模量的1/6取值。
表2模拟墙体不同层界面折减系数条件的固有属性示意表
4-2-2)泊松比影响分析
泊松比按界面折减系数为0.26、0.28、0.30、0.32、0.34取值时得到的固有频率如表3，当泊松比不断增大时，一阶频率在增大而二阶频率在减小，结合具体频率值，泊松比可从0.26～0.3之间取值。
表3泊松比的影响表
4-3)模态分析
原位墙体和掏蚀墙体振动台固有频率分析可知，原位墙体的频率为9.83Hz，掏蚀墙体频率为2.94Hz，为使原位墙体和掏蚀墙体固有频率无线接近于夯土振动台模拟实验墙体固有频率，通过调整层界面折减系拟合模态频率无限接近实验结果，具体见表2，可知界面折减系数为为1/6原位模型的模态频率与实验墙固有频率几乎相同，掏蚀墙体模态频率与实验结果接近。
基于上述内容能够发现，夯土层界面刚度折减后，原位墙体和掏蚀墙体固有频率逐渐靠近夯土振动台模拟实验的测试频率，且原位墙体下降较掏蚀墙体更快，层界面刚度弱化折减至层内刚度1/6时，原位墙体刚度频率与实测频率基本相同，掏蚀墙体略高于测试墙体频率23.12％，但随着再次弱化折减，原位墙体下降较快，至1/10时，掏蚀墙体频率基本相同，但原位墙体频率下降至实验测试频率94.71％，掏蚀墙体仍然较未掏蚀墙体频率大15％。因此，综合考虑，以原位墙体为基准，选择1/6层界面刚度折减进行模拟计算。
(5)模拟计算不连续层界面结构的整体稳定性。按照步骤(1)中的几何尺寸构建数值模拟模型，并按照步骤(2)的基本假定选择模型特征，按照标步骤(3)确定的实验结果选取最优界面折减系数。在稳定性分析模型输入基本物理力学、本构关系和夯土连接层的折减系数。
(6)分析计算稳定性分析模型的模态，有振动台实验的依据振动台试验调整界面折减系数，没有根据已有频率按照相似比理论求证。
此外，本实施例还提供了一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，包括：
实体模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型。土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
第一夯土振动台模拟实验模块，用于对原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据。
第二夯土振动台模拟实验模块，用于对掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据。
初始虚拟模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值。
最优界面折减系数确定模块，用于根据第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数。
原位墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型。
掏蚀墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型。
稳定性分析模块，用于基于原位墙体虚拟模型和掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析。
保护措施确定模块，用于根据多次稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
其中，最优界面折减系数确定模块包括：
第一稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据；第一待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数；第二稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；第二待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数；判断单元，用于判断第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；若判断结果为否，则调用界面折减系数更新单元；若判断结果为是，则调用最优界面折减系数确定单元；界面折减系数更新单元，用于更新每个界面折减系数，并调用初始虚拟模型构建模块；最优界面折减系数确定单元，用于确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。其中，第一稳定性基准数据、第二稳定性基准数据、第一稳定性初始数据和第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，其特征在于，包括：
根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；
对所述原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据；
对所述掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据；
根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；所述界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值；
根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数；
确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型；
确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型；
基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析；
所述根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数，包括：
对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据；
确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数；
对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；
确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数；
判断所述第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；
若所述判断结果为否，则更新每个所述界面折减系数，并返回步骤“根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型”；
若所述判断结果为是，则确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。
2.根据权利要求1所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，其特征在于，所述土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
3.根据权利要求1所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，其特征在于，在所述基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析之后，还包括：
根据多次所述稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
4.根据权利要求1所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析方法，其特征在于，所述第一稳定性基准数据、所述第二稳定性基准数据、所述第一稳定性初始数据和所述第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
5.一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，其特征在于，包括：
实体模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据构建土建筑遗址墙体的原位墙体实体模型和掏蚀墙体实体模型；
第一夯土振动台模拟实验模块，用于对所述原位墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第一稳定性基准数据；
第二夯土振动台模拟实验模块，用于对所述掏蚀墙体实体模型进行夯土振动台模拟实验，确定第二稳定性基准数据；
初始虚拟模型构建模块，用于根据土建筑遗址墙体的物理数据，利用ANSYS软件构建不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型；所述界面折减系数表示夯土连接层强度与夯土层强度的比值；
最优界面折减系数确定模块，用于根据所述第一稳定性基准数据和第二稳定性基准数据，以及不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型和掏蚀墙体初始虚拟模型，确定最优界面折减系数；
原位墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型为原位墙体虚拟模型；
掏蚀墙体虚拟模型确定模块，用于确定最优界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型为掏蚀墙体虚拟模型；
稳定性分析模块，用于基于所述原位墙体虚拟模型和所述掏蚀墙体虚拟模型，对土建筑遗址墙体进行多次稳定性分析；
所述最优界面折减系数确定模块包括：
第一稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的原位墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第一稳定性初始数据；
第一待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第一稳定性基准数据的差值最小的第一稳定性初始数据对应的界面折减系数为第一待定最优界面折减系数；
第二稳定性初始数据确定单元，用于对不同界面折减系数下的掏蚀墙体初始虚拟模型进行稳定性分析，得到多个第二稳定性初始数据；
第二待定最优界面折减系数确定单元，用于确定与第二稳定性基准数据的差值最小的第二稳定性初始数据对应的界面折减系数为第二待定最优界面折减系数；
判断单元，用于判断所述第一待定最优界面折减系数和第二待定最优界面折减系数是否相等，得到判断结果；若所述判断结果为否，则调用界面折减系数更新单元；若所述判断结果为是，则调用最优界面折减系数确定单元；
界面折减系数更新单元，用于更新每个所述界面折减系数，并调用所述初始虚拟模型构建模块；
最优界面折减系数确定单元，用于确定第一待定最优界面折减系数为最优界面折减系数。
6.根据权利要求5所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，其特征在于，所述土建筑遗址墙体的物理数据包括几何数据、墙体材质、墙体部分夯土层层数、墙体部分夯土连接层层数、掏蚀部分位置、掏蚀部分所占夯土层层数和掏蚀部分所占夯土连接层层数。
7.根据权利要求6所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，其特征在于，所述系统还包括：
保护措施确定模块，用于根据多次所述稳定性分析的结果，确定土建筑遗址墙体的保护措施。
8.根据权利要求5所述的一种非连续夯土结构的稳定性分析系统，其特征在于，所述第一稳定性基准数据、所述第二稳定性基准数据、所述第一稳定性初始数据和所述第二稳定性初始数据均包括弹性模量和泊松比。
CN202210863639.7A 2022-07-21 2022-07-21 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统 Active CN115062395B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210863639.7A CN115062395B (zh) 2022-07-21 2022-07-21 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210863639.7A CN115062395B (zh) 2022-07-21 2022-07-21 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115062395A CN115062395A (zh) 2022-09-16
CN115062395B true CN115062395B (zh) 2024-04-12

Family

ID=83206611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210863639.7A Active CN115062395B (zh) 2022-07-21 2022-07-21 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115062395B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738146A (zh) * 2019-03-08 2019-05-10 敦煌研究院 一种足尺寸夯土墙体地震台试验仿真连接测试方法
CN109839313A (zh) * 2019-03-08 2019-06-04 敦煌研究院 一种足尺夯土试验墙根部掏蚀进程应力表征方法
CN110378013A (zh) * 2019-07-16 2019-10-25 西安建筑科技大学 一种含纵向裂隙夯土城墙遗址楠竹锚杆抗震加固设计方法
WO2020186507A1 (zh) * 2019-03-20 2020-09-24 东北大学 一种基于动态强度折减dda法的边坡稳定性分析系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111291996A (zh) * 2020-02-17 2020-06-16 绍兴文理学院 一种边坡稳定性评价的三参数强度折减法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109738146A (zh) * 2019-03-08 2019-05-10 敦煌研究院 一种足尺寸夯土墙体地震台试验仿真连接测试方法
CN109839313A (zh) * 2019-03-08 2019-06-04 敦煌研究院 一种足尺夯土试验墙根部掏蚀进程应力表征方法
WO2020186507A1 (zh) * 2019-03-20 2020-09-24 东北大学 一种基于动态强度折减dda法的边坡稳定性分析系统
CN110378013A (zh) * 2019-07-16 2019-10-25 西安建筑科技大学 一种含纵向裂隙夯土城墙遗址楠竹锚杆抗震加固设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夯土长城墙体掏蚀失稳机理研究;王旭东;石玉成;刘琨;;西北地震学报;20110810(S1);全文 *
夯土长城结构稳定性病害及传统保护加固方法研究;丁梓涵;吴冠仲;柳杨;;工程勘察;20200511(06);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115062395A (zh) 2022-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Puebla et al. Analysis of CANLEX liquefaction embankments: prototype and centrifuge models
Clementi et al. Crumbling of Amatrice clock tower during 2016 Central Italy seismic sequence: Advanced numerical insights
Calderón et al. Detailed micro-modeling approach and solution strategy for laterally loaded reinforced masonry shear walls
CN116702303B (zh) 一种桥墩骨架曲线解析方法、系统和存储介质
Liu et al. Discrete elements and size effects
CN115329636A (zh) 一种公路边坡稳定性的数值模拟方法
Xiong et al. Seismic failure modes and seismic safety of Hardfill dam
AU2021106123A4 (en) Method for Calculating the Ultimate Expansion Shear Force of Expansive Soil Pile Foundation Based on Finite Element Simulation
Bianchini et al. Modelling of the dynamic response of a reduced scale dry joints groin vault
Haghgou et al. Determination of optimal intensity measure for probabilistic seismic demand analysis of intake towers
Scuro et al. Preliminary study of an ancient earthquake-proof construction technique monitoring via an innovative structural health monitoring system
Amirpour et al. Quantifying the qualitative limit-states using IDA approach in concrete arch dams
CN115062395B (zh) 一种非连续夯土结构的稳定性分析方法及系统
CN110348098B (zh) 一种黏质黄土隧道开挖模拟参数赋值方法
Abate et al. Validation of a new soil constitutive model for cyclic loading by fem analysis
Chiostrini et al. Structural analysis and damage evaluation of existing masonry buildings by dynamic experimentation and numerical modelling
Vaskova et al. Subsoil-structure interaction solved in different FEM programs
Jeong et al. Analysis of soil resistance on drilled shafts using proposed cyclic py curves in weathered soil
Lakshmikandhan et al. Parametric study on development, testing and evaluation of concrete funicular shells
Adel et al. Evaluation of the bearing capacity of a single pile by numerical analysis and various methods
JP4176767B2 (ja) 基礎底盤の構造計算方法と、その計算プログラム及び該プログラムの記録媒体
Abuhajar et al. The effect of soil depth and box culvert geometry on the static soil-culvert interaction
Lu et al. Numerical analysis of dynamic soil-box foundation-structure interaction system
Choi et al. Experimental and numerical analyses of seismic behaviors of L-shaped unreinforced masonry walls
Tabbakhha Multiscale methodology for vulnerability assessment of masonry structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant