山岭隧道地震动力响应规律的三维振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道为原型,开展大型三维振动台模型试验,重点研究隧道结构的地震动力响应规律及隧道与围岩的相互动力作用。通过对模型试验的关键技术研究,建立一套山岭隧道大型振动台模型试验设计、制作、加载及测试的工艺与方法流程。模型震害分析表明：隧道洞口边坡以开裂和滚落石震害为主,坡面加速度沿高程方向递增且具有一定的放大效应,在坡面原生裂缝和薄弱部位极易出现震害;隧道结构以衬砌开裂和掉块震害为主,初期支护和二次衬砌出现裂缝的部位不同,但钢筋网能够有效地阻止裂缝的发展。模型试验结果表明：隧道结构的加速度响应要大于周边围岩且对周边岩土体的加速度响应有一定的放大效应;对于一般的硬岩质山岭隧道来说,隧道洞口段0～50 m范围的加速度响应较大,为隧道抗减震设防的重点区域;山岭偏压隧道横向不同部位的地震动力响应存在明显差异;当地震波从隧道底部小角度入射时,隧道结构的加速度响应最强烈,对隧道结构的安全性是非常不利的;随着加载地面峰值加速度(PGA)的增大,隧道不同部位的加速度响应增大,但当隧道结构进入非线性破坏状态后,PGA呈减小趋势,地震能量逐渐被耗散。     

浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

 首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明：振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

地震作用下立体交叉下穿隧道动力响应振动台试验研究

随着国家路网的不断建设与规划,大量铁路隧道或公路隧道近接平行、交叉等工程现象不断涌现,受地形、地质条件以及线路走向等因素的限制,隧道近接交叉的工程问题越来越复杂.以立体交叉草莓沟1#隧道和盘道岭隧道为例,着重选取盘道岭隧道(下穿隧道)为研究对象进行振动台试验,重点分析受上跨隧道影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶...     

地震荷载作用下地裂缝场地动力响应试验研究

 以西安地铁穿越地裂缝区域为工程背景,采用振动台模型试验,模拟地震荷载作用下地裂缝场地的动力响应。试验结果表明：地震荷载作用下,地裂缝场地中的隐伏地裂缝逐渐出露,随着地震动力荷载的持续作用,裂缝在地表贯通,并在裂缝的上盘区域中生成与之相交的次生裂缝,地裂缝内部的松散充填土体沿裂缝向上运动。地震动力荷载作用下,地裂缝场地产生不均匀沉降,且地裂缝位置产生的沉降大于其两侧区域,不均匀沉降导致地裂缝两侧产生张拉力,张拉力继而使隐伏地裂缝扩展出露地表,同时伴随裂缝宽度增加。振动过程中,地裂缝场地上盘所产生的动力加速度大于场地下盘区域的动力加速度。研究结果可为地震荷载作用下地裂缝场地中的结构抗震设计提供重要参考。     

穿越软硬突变地层盾构隧道纵向地震响应振动台试验研究

 为探讨穿越软硬突变地层盾构隧道纵向地震响应特性,基于纵向等效刚度模型,开展几何相似比为1∶40的振动台模型试验,研究软硬突变地层加速度以及隧道结构加速度、应变响应频谱特性,并采用数值模拟手段对试验结果进行验证。试验及计算结果显示：软硬突变地层及赋存其中的隧道结构加速度响应频谱曲线吻合较好,均表现出“双卓越频率”现象;输入地震频率接近坚硬地层主频时,软硬突变地层加速度放大倍率随埋深减小不再单调递增;软硬突变地层中结构应变显著增大,最大应变出现在地层软硬交界面软土一侧,隧道纵向应变增大区域分布于软硬地层交界面两侧2.5～3.5倍隧道直径范围内;应变响应从大到小依次为拱顶、拱底、拱腰,地层突变处隧道断面顶底应变差以及两侧拱腰应变差较均匀地层显著增大,软硬突变地层不仅增大了隧道纵向内力,也改变了其纵向整体弯曲方向。研究结果将为进一步揭示盾构隧道纵向地震响应特性及盾构隧道纵向抗、减震设计提供有益参考。     

玄武岩纤维混凝土隧道衬砌承载特性模型试验研究

玄武岩纤维是一种环保高性能的无机材料。玄武岩纤维混凝土所具有的增强、增韧、阻裂等性能,对于控制软弱围岩隧道的变形具有重要的力学优势。通过钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌力学行为室内模型试验,对玄武岩纤维混凝土衬砌的承载特性进行研究。研究结果表明:相比钢筋混凝土,玄武岩纤维混凝土衬砌的初裂荷载提高了20%;掺入玄武岩纤维后衬砌结构的韧性增强,衬砌初裂后仍可承担较大的弯矩和变形。衬砌初裂前,钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌支护特性曲线基本成线形变化;衬砌初裂后,钢筋混凝土衬砌支护特性曲线在缓慢上升后,快速趋于收敛;玄武岩纤维混凝土衬砌承载特性曲线缓慢上升,至2倍初裂荷载时仍无收敛迹象。因此,玄武岩纤维混凝土能较好地满足软弱围岩隧道尽早封闭岩面、尽快提供支护力并具有一定变形能力的要求。研究成果对于软岩大变形隧道的变形控制具有重要的意义。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

路基动力响应与动力破坏的大型振动台模型试验研究

 针对填方路基在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程,设计并完成1∶20比尺的填方路基大型振动台模型试验。模型的尺寸为1.93 m×3.0 m×1.4 m(高×长×厚),采用土体材料制备,通过逐级加载的方式,在振动台上对填方路基进行模型试验。在不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励下,对模型路基的动力响应、抗震薄弱部位、破坏过程以及地震动参数对动力响应的影响进行研究,分析路基及支挡结构的加速度和位移的变化规律。试验结果表明,在水平地震作用下,模型路基对输入地震波具有明显的放大作用,挡土墙顶部及路肩为加速度峰值最大的区域,是抗震薄弱的部位,整个模型路基首先在该位置出现裂缝;在不同的地震波作用下,路基坡面加速度峰值放大系数随着输入地震动幅值的增加呈现递减趋势,路基对输入波低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用;在逐渐加载的地震波作用下,模型路基逐渐出现多处开裂。试验结果可呈现填方路基在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,有助于揭示地震作用下路基结构的破坏机制,为路基的抗震设防提供相应的参考。     

边坡动力响应的地震振动台试验研究

在参考已有的试验和大量相关文献的基础上,对利用地震振动台研究边坡动力稳定性的试验作了归纳研究,对地震振动台相似关系设计、模型边界的处理、相似材料的配比、试验模型的制作、试验动荷载的加载方式等进行了系统的阐述,指出了目前地震振动台所存在的问题及未来的发展方向。     

含软弱夹层斜坡地震动力响应特性的振动台试验研究

 斜坡中的软弱夹层往往控制着其变形破坏模式。在地震作用下,软弱夹层与地震波的复杂作用机制使得该类斜坡的地震响应特征很难被充分了解。在已有认识的基础上,开展4个含软弱夹层斜坡模型的振动台试验,旨在通过与均质斜坡模型响应进行比较,揭示含软弱夹层斜坡的地震动力响应特性,并观察软弱夹层在这一响应过程中所起的作用。主要研究结果为：(1) 4个含软弱夹层模型的水平分量(PHA)和竖直分量(PVA)加速度响应均呈现出高程放大效应,且主要体现在夹层以上部位。在夹层以下部位,水平分量加速度放大系数始终保持在1.5以内。(2) 与均质模型响应的比值表明,在夹层以上部位,夹层的存在对2个加速度分量的影响与夹层特征和激振强度密切相关。当激振强度较弱(≤0.3 g)时,厚夹层和薄夹层的存在都能对PHA和PVA响应起到增强作用。当激振作用增强时,厚夹层表现出了隔震作用,在坡顶,PHA和PVA响应相对均质模型分别减弱50%和70%。(3) 与加速度响应一致,坡表水平向位移响应也呈现出了高程放大特征,且在坡顶最大。然而,与均质斜坡模型的初始变形出现在坡顶这一现象不同的是,含夹层模型的变形最早出现在夹层以上、坡顶以下的部位。分析产生这一差异的可能原因在于,当激振强度较大时,含夹层模型相对于均质模型在该部位的水平向响应强度显著增强,而夹层的挤压变形也可能造成初始变形部位更靠近夹层。(4) 含软弱夹层模型的最终破坏部位和破坏程度,与夹层的厚度和倾角密切相关,表现为含水平夹层模型的破坏部位高于含反倾夹层模型,而含薄夹层模型的破坏程度高于含厚夹层模型。     

自复位钢筋混凝土框架结构振动台试验研究

为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能,设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构,通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束,结构在地震作用下发生摇摆,通过预应力使结构复位,实现自复位效果。通过振动台试验,研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力;结构在大震作用下有较好的延性和变形能力,震后基本无残余变形。     

体外预应力自复位钢筋混凝土框架#br# 抗震性能振动台试验研究

体外预应力自复位框架结构（EPSCF）是一种新型结构控制抗震结构,主要结构控制技术包括铰接节点构造、提供结构抗侧刚度的体外预应力措施以及采用阻尼器的位移控制措施。在已有二维EPSCF结构基础上提出三维EPSCF结构,并进行1/3比尺三维EPSCF模型结构振动台试验研究其抗震性能,试验内容包括模型设计与制作、测点布置以及结构地震响应分析。试验结果表明：罕遇地震作用下,经过设计的EPSCF结构的加速度地震响应仅为常规设计框架的1/3~1/2,而位移地震响应能满足预设要求,罕遇地震作用下的层间位移角约为1/60、接近于常规设计框架,试验结果表明EPSCF结构具有更小的加速度响应,位移响应能得到有效控制。在地震作用下,EPSCF主体结构无损伤、残余变形很小、仅阻尼器屈服,表现出良好的免损伤、易更换的韧性结构特性。     

钢-钢筋混凝土塔式组合结构模型振动台试验研究

对一利用太阳能发电的钢-钢筋混凝土塔式组合结构原型进行1/18缩尺比模型设计,并开展了模型结构模拟地震振动台试验,以研究结构的抗震性能。通过分析试验中加速度响应、位移响应和应变响应,得到钢-钢筋混凝土塔式组合结构在地震激励作用下的受力性能。结果表明：钢-钢筋混凝土塔式组合结构底部在水平向地震作用下,承受巨大的剪力,最早出现严重的水平向贯通性破坏裂缝;加速度放大系数沿着结构高度升高而逐渐增大;随着台面激励加速度输入值的增大,加速度放大系数逐渐减小;位移反应随着结构高度增加而逐渐增大,塔顶结构有明显的鞭梢效应;8度罕遇地震作用下,X向最大位移172mm;混凝土筒壁最薄处,结构应变反应最大。钢塔顶结构的塔柱底部和底部斜杆应力较大,出现了局部屈曲变形。     

隧道纤维混凝土二衬承载机理及受力计算方法研究

充分考虑和发挥纤维混凝土的韧性性能是目前隧道二衬结构设计的热点和难点。通过素混凝土、钢纤维及玄武岩纤维混凝土的室内试验发现：纤维的掺入,对混凝土的增韧效果远超增强效果。基于纤维混凝土优异的韧性特征,将纤维混凝土二衬裂缝视为塑性铰,提出隧道纤维混凝土二衬的承载机理：围压作用下,衬砌出现第一个塑性铰,随着围压继续增大,塑性铰发生转动并引起更多塑性铰出现,至结构由超静定变为可转动机构时,二衬结构破坏。基于此,探讨了隧道纤维混凝土二衬裂后结构受力计算方法,推导了相应的计算公式,并通过模型试验予以验证。研究成果可为纤维混凝土在地下工程中的推广应用提供理论支撑。     

钢筋混凝土框架结构模型模拟地震振动台试验

以4层附加柔性连接填充墙钢筋混凝土模型框架振动台试验为背景,设计并制作了1/8比例微粒混凝土整体结构模型,进行了模拟地震振动台试验研究,根据相似系数由模型结构试验结果反应反推原型结构的动力反应,结果表明,原型结构的层间位移与最大位移角均满足我国抗震规范要求。     

砌体结构外套预制钢筋混凝土墙板加固及隔震加层振动台试验研究

为研究砌体结构外套预制钢筋混凝土墙板加固技术的加固效果,并探讨在其顶部隔震加层的可行性,进行了3个相似比为1/4模型的振动台对比试验, 模型分别是加固砌体结构模型、加固后加层非隔震结构模型和加固后加层隔震结构模型。试验测试了模型结构的动力特性及其在不同地震作用下的动力响应,为了分析结构震损后的动力响应,在试验模型经历罕遇地震作用下的损伤后又继续进行不同水准地震输入试验。试验结果表明：加层非隔震结构的上部钢框架鞭稍效应非常明显;加层隔震结构有效延长了结构自振周期,增大了结构阻尼比。加层隔震结构既有效降低了下部砌体结构的地震响应又降低了上部钢框架的地震响应,其加固效果和抗震性能优越。同时,震损后加层隔震结构的隔震效果明显降低,下部砌体的加速度反应可能大于加固结构和加层非隔震结构,建议在设计时充分考虑这种不利影响。     

考虑层间效应的钢纤维混凝土隧道单层衬砌#br# 受力特征模型试验研究

为探究考虑层间接触效应的钢纤维混凝土隧道单层衬砌内力分布规律,自行设计考虑层间效应的单层衬砌模型并研制竖向油压5MPa和侧向压力1.5MPa作为逐级施加的卧式加载试验台架,开展不同荷载作用下的钢纤维混凝土隧道单层衬砌受力特征模型试验。研究结果表明：不考虑层间接触特征的单层衬砌与考虑接触特征的单层衬砌在拱腰和墙角处的安全系数均为最低,最容易出现弯矩和轴力突变;考虑层间接触特征的单层衬砌最大弯矩与最大轴力均出现在拱脚处,层间接触面存在明显黏结力,结构的轴力增加和弯矩减小,内力变得均衡,结构的整体安全性高于不考虑层间接触面,相对不考虑层间效应,受力最不利的左右拱脚处的安全系数分别增加143.7%、149.4%;当竖向油压达到3MPa、侧向油压值达到0.9MPa时,仰拱周围层间接触面压力增长速度显著加快,仰拱处混凝土由线弹性转变为塑性,竖向油压达到4MPa,侧向油压值达到1.2MPa时,仰拱、拱角与拱顶层间接触面应力值有减小或反向增长的趋势,仰拱、墙角等界面发生破坏;钢纤维在单层衬砌裂缝扩展在30%~70%之间阻裂效果最好。     

预应力锚索桩板墙地震响应的振动台试验研究

作为一种轻型支挡结构,预应力锚索桩板墙具备安全、可靠、造价低等优势,汶川地震也证明了它具有良好的抗震性能。但由于此结构体系的受力复杂,目前一系列基础研究问题仍没有解决,理论研究远落后于工程实践,特别是在抗震设计理论研究方面。通过最直接的室内研究手段——大型振动台试验对预应力锚索桩板墙进行了地震响应研究,输入加速度时程选取卧龙台站实测水平向和竖直向地震波,并按相似比处理,测试了桩身6个高度位置的地震土压力、2个高度位置的位移、边坡中5个高度位置的加速度以及锚索预应力的时程变化。试验结果揭示了预应力桩板墙在地震作用下的土压力分布规律、桩身位移和锚索预应力的地震响应特征以及加固边坡的动力特性和加速度放大效应,为深入了解预应力锚索桩板墙的抗震表现和抗震机理提供了可靠的依据。     

塑料土工格栅加筋土结构的振动台试验研究

对塑料土工格栅加筋土结构的缩尺比例模型进行了振动台试验研究。试验过程中，采用两组试验模型，一组测定筋材的动应力应变；一组测定土筋间的动似摩擦系数。试验结果表明：塑料土工格栅筋材在地震作用下最大动拉应力的分布与静拉应力的分布沿筋材的埋深大致相同，只是应力的值大小不同；地震作用下土筋间的动似摩擦系数是随地震加速度的增加而减小。据此，提出了加筋土结构在地震区的设计建议。     

硅粉钢纤维喷射混凝土单层衬砌控制要点浅析

就微硅粉钢纤维湿喷混凝土这一新工艺在隧道单层衬砌施工中的应用,进行了系统的总结和阐述,总结分析了实施隧道单层衬砌的控制方法和要点,提出了保证硅粉钢纤维喷射混凝土施工质量的控制途径。