边坡模型相似材料配比试验研究

针对边坡模型试验相似材料配比问题,系统总结了国内外常用的岩体及边坡相似材料配比研究现状:相似材料的配比对物理力学参数特性的影响很大,而不同学者采用的材料及配比方案差异较大,使得边坡模型试验的成果难以得到全面的推广;目前,重晶石粉、石英砂、石膏、甘油、水能模拟自然界中大多数类型的岩体,是进行边坡模型试验的理想材料.采用三因素四水平的正交试验法,对16组不同配比相似材料进行力学试验,通过极差和方差敏感性分析得出结论如下:重晶石粉含量与密度成正比,石膏含量对密度影响不显著;抗压强度与石膏含量呈正相关关系,甘油占比对抗压强度影响明显,呈现先略微增大后急剧降低的特征;弹性模量与甘油和重晶石粉占比呈负相关关系;抗拉强度与甘油占比呈负相关关系,与石膏占比呈正相关关系;随着石膏含量的增加内聚力呈现增大的趋势;内摩擦角呈现出随重晶石粉含量增加而减小的趋势.该问题的研究对边坡模型试验相似材料的配比具有一定的指导意义.     

大型振动台试验土质边坡模型材料相似性及评价

大型振动台模型试验是边坡动力响应和破坏模式研究的重要手段,其中相似材料的选择是决定试验能否成功的关键。以黄土地区2类典型边坡为研究对象,在对滑坡体原状土样开展室内土动力学测试的基础上,提出6种相似比条件下振动台模型试验相似材料的配比方法;对2种相似比条件下相似材料的参数进行量纲分析,依据相似判据、相似准则的约束,以模糊数学理论进行优化,并提出大型土质边坡振动台试验的材料相似性评价体系。     

大型振动台试验花岗岩相似材料配比研究

为开展秦岭翠华山等大型花岗岩地震山崩的动力响应机制研究,研发配制用于振动台物理模型试验的花岗岩相似材料是该研究工作的基础。选取铁矿粉、石英砂、重晶石粉为骨料,石膏为调节材料,松香酒精溶液为黏结剂的相似材料配比方案,设计考虑4因素5水平的正交试验,并对试验结果进行极差分析及多元线性回归拟合,获得各因素对花岗岩相似材料物理力学性质的影响结果和相似材料配比经验方程。结果表明：花岗岩相似材料的密度随铁粉与重晶石粉占骨料比的增加而增大;随着黏结剂浓度的增加,花岗岩相似材料的抗压强度、弹性模量及黏聚力均显著增大;随着石膏含量的增加,密度、抗压强度及内摩擦角均减小。该试验得到的相似材料配比经验方程可以较好地为花岗岩相似材料或其他相似材料的配制提供参考。     

高地应力V级围岩相似材料研制及岩体开挖卸载模型试验分析

以黄土、砂为骨料,石膏、水泥为胶结材料,水为调节剂,以正交试验方法配制出V级围岩相似材料,该材料能够很好的模拟隧道Ⅴ级软弱围岩。在此基础上,以钢筒模型试验为媒介,通过千斤顶配合反力架加载,观察不同材料配比下的试验组应力变化斜率、自稳时间、应变大小等方面的差异,结合加载完成后模型开口处岩体变化情况,探索高地应力下Ⅴ级围岩开挖卸载效应。试验结果表明:虽然相似材料会因配比不同改变物理力学性质,但主要是对弹性模量的影响较大;在增大垂直压力作用下,试验中材料自稳时间变长,应力释放也较为彻底,但整体趋势放缓。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

小比例尺地下结构振动台试验模型土的设计与试验研究

基于结构与地基土相似设计相匹配的原则,通过采用卓越周期相似关系来简化锯末混合模型土,进行小比例地下结构振动台模型试验研究。通过对不同配比的锯末混合土进行共振柱试验,在采用等效线性本构模型分析原型土和混合模型土的特性参数(Gmax和G/Gmax-γ)的基础上,进一步确定了混合模型土配合比。对采用本文方法设计的自由场地模型土进行了一致地震激励下的振动台试验。试验结果表明:简化设计模型土满足了小比例地下结构振动台试验主要相似关系,取得了良好的试验效果,为以后进行土-地下结构相互作用的振动台试验奠定了坚实的基础,并且可以为类似试验提供借鉴。     

猴子岩高面板坝振动台模型试验——大坝结构动力特性研究

利用大型振动台模型试验,测得了猴子岩高面板堆石坝缩尺模型坝的动力特性参数,包括大坝结构的自振频率、阻尼比和振型系数等;分析了多种因素对坝体动力特性的影响规律;根据模型试验相似率推算得到原型坝的相应动力特性参数。研究表明:大坝结构有相对稳定的振型;坝体的动力特性参数值受激振白噪声强度和振动历史等因素影响;水库蓄水使得模型坝结构自振频率小幅提升。这些试验结果和研究结论,可以为该坝的动力分析提供基本资料和定性参考。     

仿真混凝土材料动态拉伸试验研究

通过直接拉伸试验和劈拉试验研究仿真混凝土材料动态受拉特性,为混凝土坝动力模型试验提供相关材料参数,研究其与原型混凝土材料的匹配问题。在应变速率10-5/s至10-1.08/s范围内对试件进行拉伸试验研究,给出拉伸曲线方程,并分别对仿真材料的强度、峰值应力处应变、弹性模量给出考虑率相关的经验公式,分析泊松比、吸能能力、破坏形态与应变速率的关系。通过与混凝土动态拉伸特性以及破坏形态对比,得出结论:仿真混凝土材料适合模型动力试验;其动态拉伸特性和混凝土材料表现出一定的相似性,但极限拉伸强度和吸能能力等方面率相关性更明显,在进行模型与原型的相似关系设计以及高坝模型动力破坏试验分析时,需充分考虑仿真材料的率相关特性以得到合理的高坝模型试验结论。     

PHC管桩单桩振动台试验与数值模拟对比分析

利用振动台对PHC管桩进行单桩承台模型试验;同时将土体PHC管桩-上部结构视为共同工作整体,建立三维有限元模型,再以ABAQUS软件为计算平台,对单桩试验工况下的地震反应进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟计算结果进行对比分析。结果表明：数值模拟和振动台模型试验基本吻合,两者得到的地震反应影响体现出相似的规律性,印证了模型试验的可靠性和数值模型的合理性。     

不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑动力相似关系试验研究

模型试验的动力相似理论是结构抗震试验技术中的一个基础性研究课题。本文设计实现了1/10、1/20和1/30三个不同比例的钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台模型试验。通过对三个模型试验结果的对比研究,对钢-混凝土混合结构高层建筑的动力相似关系进行了初步探讨。试验结果表明,按照本文的动力模型的设计施工及试验要求进行的不同比例钢-混凝土混合结构高层建筑的振动台试验,在自振频率、振型、加速度放大系数、楼层最大位移、楼层剪力等动力特性和动力反应方面具有较好的相似性。试验结果一方面说明对这三个模型采用的动力相似关系和制作方法是合理的,另一方面也说明了对钢-混凝土混合结构房屋采用较小的1/30比例进行振动台试验是可行的。     

Simulation of soil–foundation–structure interaction of Hualien large-scale seismic test using dynamic centrifuge test

Understanding the soil–structure interaction (SSI) mechanism is crucial in the seismic design of nuclear power plant (NPP) containment systems. Although the numerical analysis method is generally used in seismic design, there is a need for experimental verification for the reliable estimation of SSI behavior. In this study a dynamic centrifuge test was performed to simulate the SSI behavior of a Hualien large-scale seismic test (LSST) during the Chi-Chi earthquake. To simulate the soil profile and dynamic soil properties of the Hualien site, a series of resonant column (RC) tests was performed to determine the model soil preparation conditions, such as the compaction density and the ratio of soil–gravel contents. The variations in the shear wave velocity (V_S) profiles of the sand, gravel, and backfill layers in the model were estimated using the RC test results. During the centrifuge test, the V_S profiles of the model were evaluated using in-flight bender element tests and compared with the in-situ V_S profile at Hualien. The containment building model was modeled using aluminum and the proper scaling laws. A series of dynamic centrifuge tests was performed with a 1/50 scale model using the base motion recorded during the Chi-Chi-earthquake. In the soil layer and foundation level, the centrifuge test results were similar to the LSST data in both the time and frequency domains, but there were differences in the structure owing to the complex structural response as well as the material damping difference between the concrete in the prototype and aluminum in the model. In addition, as the input base motion amplitude was increased to a maximum value of 0.4g (prototype scale), the responses of the soil and containment model were measured. This study shows the potential of utilizing dynamic centrifuge tests as an experimental modeling tool for site specific SSI analyses of soil–foundation–NPP containment system.     

黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究

为得到可靠的试验数据,对黄土场地典型断面地铁车站大型振动台试验方案进行设计与研究.根据试验目的和特点,提出黄土场地与地铁车站动力相互作用模型体系相似设计原则,并基于Bockingham的π定理对模型结构进行相似设计;通过室内试验研究模型材料配合比、力学特性及模型制作技术;采用有限元-无限元耦合数值建模方法,分析黄土场地...     

沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究

为了研究穿越纵向非均匀场地的沉管隧道地震反应规律,进行了沉管隧道穿越砂土-黏土场地和均匀砂土场地两种工况的振动台试验。沉管隧道模型材料主要为微粒混凝土和镀锌钢丝,接头材料为橡胶,模型缩尺比为1/30,采用层叠剪切箱装填黏土和砂土构成纵向非均匀场地,输入荷载为不同峰值的El Centro波和Kobe波。采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究在不同性质土层中的沉管隧道地震反应的特点,分析纵向非均匀场地对于沉管隧道地震反应的影响。试验结果表明砂土和黏土不同的动力特性会导致沉管隧道地震反应各异:穿越非均匀场地沉管隧道加速度反应、应变反应和管节间相对位移反应明显异于均匀场地沉管隧道,且在输入不同峰值的地震波下呈现不同规律。试验结果可供沉管隧道抗震设计参考。     

Finite element simulations of wave propagation in soils using a Viscoelastic model

Wave propagation in soil is dependent on both the stiffness and the material damping of the soil. While some researchers have performed finite element modelling of resonant column tests and wave propagation in soil, most do not describe the methodology in detail and there is little or no verification of the correctness of the model. Viscoelastic model has been used to model wave propagation in soil. However, the determination of the parameters in the viscoelastic model is complicated and the parameters may not be related to the soil properties. This paper presents a simplified viscoelastic model with soil parameters obtainable from advanced geotechnical testing to simulate wave propagation in soil medium taking into account of material damping. The viscoelastic material model was first calibrated by replicating torsional, longitudinal and flexural modes resonant column tests. The relationships between the parameters of the simplified viscoelastic model and their corresponding stiffness and damping properties were investigated. An equation was proposed to correlate the decay constant used in the simplified viscoelastic model and the material damping ratio obtained through the application of the logarithmic decrement method on the modelled resonant column test results. The simplified viscoelastic model was then evaluated by modelling wave propagation in a semi-infinite medium. Results indicated that the viscoelastic model with parameters as proposed in this paper is able to model wave propagation in soils.     

新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1:5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。     

拱形抗滑桩墙支护结构体系模型试验相似材料研制

根据模型试验相似比尺和桩土间应力协调要求,用机制砂、河砂、水泥、石粉等配置了40组（每组6个）低强度、低弹性模量的圆柱形微混凝土相似材料试件。测试结果表明：微混凝土具有和原型混凝土大致相同的应力应变阶段和破坏模式,可以模拟原型结构的力学行为和变形、破坏特征。砂率和石粉取代率不同时,微混凝土试件的轴压强度和弹性模量在较大范围内变化;砂率较合适时,同一配合比微混凝土6个试件的强度和弹性模量一致性较好。微混凝土可以满足不同比尺模型试验对相似材料力学性质稳定、力学参数可以在较大范围内调整的要求。     

新型黏弹性阻尼器足尺性能试验研究

黏弹性阻尼器是一种典型的被动控制装置,它可以通过黏弹性材料的剪切滞回耗能起到提高结构阻尼和减小结构地震或风振响应的作用。自主研发了损失系数不小于0.5的黏弹性材料,并基于此材料研发了新型国产黏弹性阻尼器。通过对黏弹性阻尼器足尺试件进行不同应变幅值、加载频率工况下的基本力学性能试验、以及低周疲劳性能试验,研究了不同工况下新型黏弹性阻尼器力学参数及其变化规律。试验结果表明:新型黏弹性阻尼器的损失系数在多数工况下处于0.3~0.4之间;其基本力学性能与加载频率相关性较小,随着应变幅值的增加表现出一定程度的软化特征,但在各应变幅值下均具有稳定的耗能能力;新型黏弹性阻尼器有良好的变形能力,在150%的应变下能保持稳定的基本力学性能,应变350%时仍未破坏;新型黏弹性阻尼器的疲劳性能较好,经低周疲劳加载后各项基本力学指标变化率均不超过25%。