骆驼城土遗址抗震稳定性研究

论文摘要

土遗址是我国不可移动文物领域的重要组成部分,在我国的西北地区赋存有许多处国家级重点保护文物。历经千百年的岁月,承受多种病害侵损的土遗址存在着不同程度的安全隐患；同时许多土遗址更是位处于强震多发地区,地震潜在危害不容忽视。因此,开展土遗址抗震稳定性分析,并对其进行安全性评价,对于土遗址的抗震防护以及防灾减灾具有重要意义。本文以甘肃省高台地区国家级重点文物保护单位——骆驼城土遗址为例,通过实地调查、现场测绘、资料查阅等方式厘清了骆驼城土遗址的工程地质与岩土工程等条件,分析了其病害特征及成因机制；通过原位动力测试、室内试验、资料查阅等手段获取了土遗址基本的物理力学参数；利用了MATLAB数值软件对计算参数进行了统计；通过数值模拟,对骆驼城土遗址分别进行了模态分析、瞬时动力学分析、伪动力可靠度、动力可靠度分析、敏感度以及参数相关性分析。以破坏阈值为判定标准,对骆驼城土遗址在地震荷载作用下的稳定性进行了评估并得出了具有显著意义的结论。本文取得的主要进展与结果具体如下：1.厘清了骆驼城土遗址所在区域范围内的气象、水文、地质、地震活动性等工程地质与岩土工程条件,分析研究了骆驼城土遗址的建筑形制、病害特征、病害成因及保护现状。2.分析研究了骆驼城土遗址构筑材料的常规物性参数和动力学参数,包括振型、自振频率、波速、弹性模量、阻尼比、泊松比、抗剪强度以及材料的极限应力等。3.基于地震动能量分布理论,利用小波算法设计了输入地震动的小波优化法,有效提高了计算效率,在保证计算精度的基础上改进了随机有限元的计算方法,并通过振型分解法对三层框架结构的计算,验证了优化计算方法的可靠性。4.计算了不同边界约束下骆驼城土遗址的模态特征,分析了不同烈度下城墙的位移场、加速度和应力场的基本分布特征与变化规律和土遗址发生破坏的可能模式及其破坏条件。5.综合分析了概率统计理论应用于土遗址抗震稳定性研究的适用性与优势,将改进的伪动力可靠度和动力可靠度方法引入土遗址抗震稳定性的分析研究中,建立了联合试验数据与计算结果对土遗址抗震稳定性进行判定的方法。6.通过计算基于一定分布特征的随机输入和输出变量的敏感性和相关性,分析研究了地震力、墙体密度、材料泊松比和墙体的相对独立长度对土遗址抗震稳定性能产生影响的程度和方式。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 土遗址的概念
• 1.1.2 骆驼城土遗址的基本概况
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 土遗址的研究历史与现状
• 1.2.2 骆驼城土遗址的保护历史与现状
• 1.3 本文主要工作
• 1.3.1 研究的目标和意义
• 1.3.2 研究的主要内容和技术路线
• 2 土遗址的病害特征分析与工程地质特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 研究区域的地形地貌特征
• 2.3 研究区域的气象与水文地质条件
• 2.4 研究区域的地质构造与地震活动
• 2.5 骆驼城土遗址病害特征及病害成因分析
• 2.5.1 骆驼城城墙的建筑形制
• 2.5.2 骆驼城城墙病害特征及其成因机制分析
• 3 土遗址的物性参数和动力学参数
• 3.1 土遗址材料的土工试验
• 3.2 土遗址结构动力特性测试
• 3.2.1 土遗址材料的波速测试
• 3.2.2 土遗址结构的脉动观测
• 4 基于小波地震波的土遗址动力分析
• 4.1 引言
• 4.2 土遗址结构模态分析
• 4.3 人工地震波模拟
• 4.4 地震波小波优化设计法
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 基于能量考虑的小波变换
• 4.4.3 地震波小波优化设计法验证算例
• 4.5 土遗址结构瞬态动力学分析
• 4.5.1 土体的本构关系及破坏准则
• 4.5.2 计算模型的有关选择
• 4.5.3 瞬时动力学分析
• 4.5.4 计算实例
• 4.6 本章小结
• 5 基于可靠度理论的土遗址抗震概率性分析
• 5.1 结构抗震分析发展历程及发展方向
• 5.2 骆驼城土遗址抗震可靠度分析
• 5.2.1 土遗址结构抗震可靠度基本理论
• 5.2.2 概率性分析适用于土遗址抗震分析的主因和优势
• 5.2.3 本文采用的抗震概率性分析方法
• 5.2.4 骆驼城土遗址抗震概率性分析计算实例
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论与讨论
• 6.1.1 结论
• 6.1.2 讨论
• 6.2 土遗址防灾减灾工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 人工地震波、小波地震波加速度时程及其频谱图
• 附录B 小波设计法的验证MATLAB部分程序
• 附录C 有限元分析APDL部分程序
• 攻读学位期间的研究成果