格构式框架护坡地震动位移模式的振动台试验研究

 通过1个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,研究锚杆格构式框架护坡在地震作用下的位移模式及其变化特性。模型试验以汶川波作为设计输入地震波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等3种激振方式。研究结果表明：(1)  X向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时,离开土体向外侧平移;当AXmax = 0.6 g时,绕支挡结构的下端向土体方向或边坡下方转动;当AXmax≥0.8 g时,挤向边坡土体方向移动,同时向边坡下方移动与绕支挡结构下端向土体方向转动的耦合。(2)  Z向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当AZmax≤0.267 g时,离开土体向外侧移动,同时发生向边坡下方移动与绕结构下端向土体方向转动的耦合;当AZmax≥0.400 g时,挤向边坡土体方向平移与绕结构下端向土体方向转动的耦合。(3) XZ双向激振时,支挡结构的动位移模式为：离开土体向外侧平移,与绕结构下端向土体方向或边坡下方转动的耦合。     

重力式挡墙基于位移的抗震设计方法研究——大型振动台模型试验研究

基于位移的设计方法是岩土工程抗震领域的前沿课题。以大型振动台模型试验为手段,研究重力式挡土墙的位移计算模型,能够为挡土墙基于位移的抗震设计提供支撑。首先系统介绍了实验方案,包括实验装置、模型设计、测试方案、地震波输入及加载制度。然后,研究了不同地震烈度下重力式挡墙墙体位移及位移模式的变化规律,阐述了土压力分布及其与位移的变化关系,并以 Newmark 滑块及 Zeng 和 Steedman 转动块理论为基础,构建了计算地震下重力式挡墙滑移位移及转动位移模型。经比较振动台模型试验与既有滑移位移经验公式结果,提出 Whitman 和 Liao 的均值拟合法适合用于计算重力式挡土墙的滑移位移量。最后,对重力式挡墙基于位移的抗震设计流程进行了归纳。     

地震作用下边坡抗滑桩振动台试验研究

通过大型振动台试验研究地震荷载作用下边坡抗滑桩的抗震性能,振动台试验边坡模型放在一个长 3.7 m 、宽 1.5 m 、高 1.8 m 的模型箱中。模型与原型边坡按照尺寸相似比 1 ∶ 20 进行模型试验相似设计。经过配合比试验由标准细砂、石膏粉、滑石粉、甘油、水组成相似材料,通过控制密度 2.5 g/cm³ 垒入模型箱中。模型振动台试验通过输入 3 种不同的地震波,不断加大输入地震波的幅值,通过监测桩后土压力、边坡坡面加速度和位移响应研究抗滑桩在地震作用下边坡抗震机制和地震作用桩后土压力分布形式和抗滑桩的抗震性能。试验研究为边坡抗滑桩抗震设计奠定了良好的基础。     

地震作用下边坡预应力锚索振动台试验研究

为研究边坡预应力锚索在地震作用下的动力响应,采用振动台进行预应力锚索支护岩质边坡模型试验。模型试验相似关系依据重力相似律及量纲分析法推导。输入Wolong,El Centrol,TAFT三种地震波,监测锚索轴力、坡面加速度和位移时程,研究预应力锚索轴力和预应力损失在地震作用下的动力特性、边坡在锚索支护下的整体稳定性。结果表明:不同地震作用下,锚索的轴力和预应力损失动力响应不同,试验中锚索的预应力损失最大达15.7%,随着输入地震波峰值的增大,锚索预应力损失呈先增大后减小的趋势,达到临界值后,不再发生预应力损失。建议预应力锚索抗震设计时,施加的预应力应该达到预应力设计值的1.1～1.2倍,高于静力情况下的值。该研究结果可为更加合理的进行边坡预应力锚索抗震设计提供良好的基础。     

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。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

考虑双向地震作用的无柱地铁车站振动台试验研究

国内地铁车站一般采用有柱形式,目前尚无针对无柱地铁车站,考虑水平以及竖向地震作用下的抗震性能研究.以南宁地铁五号线金桥无柱地铁客运站为研究对象,开展多种工况下考虑土-结构相互作用以及水平和竖向地震作用下,无柱大跨地铁车站模型的地震振动台模拟试验,研究该类车站模型结构和周围土体地震响应的一般规律.试验结果表明:(1)模型...     

边坡锚杆地震动特性的振动台试验研究

为研究锚杆在地震作用下的动力响应,采用振动台进行锚杆支护岩质边坡模型试验。模型与原型相似关系按照重力相似律、相似比1∶10推导。输入Wolong、El Centro、Taft三种地震波,监测锚杆轴力、坡面加速度和位移时程,研究锚杆在地震作用下的受力机制、锚杆轴力分布规律、不同位置锚杆在地震作用下的动力响应差别。结果表明:地震作用下锚杆的轴力动力受力过程是由外向里;输入相同幅值的不同地震波,锚杆轴力动力响应不同;地震波强度较小时,位于边坡腰部锚杆的轴力最大,但随着地震波强度的增大,坡顶锚杆轴力增加较快,与边坡腰部锚杆轴力均为最大。研究结果为更加合理的进行锚杆抗震设计提供良好的基础。     

管桩地震反应振动台模型试验研究

通过管桩振动台试验,研究了管桩结构体系在地震作用下的动力响应及内力反应的主要规律.试验结果表明,管桩结构体系的加速度峰值反应在高度上呈“K”型分布,位移反应沿高度呈“S”型分布,在桩身距离桩顶5～6倍桩径处弯矩最大.本试验为管桩的抗震研究提供了试验数据,为工程设计提供了参考.     

刚性挡土墙位移模式对土压力的影响试验研究

挡土墙位移模式对墙后土压力分布及土体滑移变形与破坏模式具有重要影响。研究采用开发的可视化挡土墙模型箱和石英砂填料,开展平动、绕底部转动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动和绕中点顺时针转动5种模式的模型试验。将实测土压力与现有计算理论进行对比,对静止土压力、极限土压力及其土压力随挡墙位移变化规律进行了分析,同时采用粒子图像测速技术分析土体的滑移变形特征和破坏模式。结果表明：静止土压力沿墙深呈线性增长趋势,由于砂土超固结导致实测值大于理论值;不同位移模式土体达到极限状态所需的位移量存在较大差异;由于砂土密实程度高,导致平动、绕底部转动、绕顶部转动极限土压力实测值小于理论值;绕中点逆时针转动和顺时针转动极限土压力合力作用点较绕顶部转动和绕底部转动分别出现上移和下移;不同位移模式的滑移面呈现出不同的形态,实测滑移面倾角略大于理论值;绕底部转动、绕中点顺时针转动表现为渐进式破坏,平动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动表现为整体式破坏。     

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。     

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。     

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。     

嘎隆拉隧道洞口段地震响应大型振动台模型试验研究

 洞口段为隧道抗震关键位置,极其容易发生地基失效及结构破坏。通过对嘎隆拉隧道洞口段轴向100 m开展大型振动台模型试验研究,研究结果表明：土体对其卓越频率附近的地震波有明显的放大作用,对地震波高频部分有滤波作用;地震时隧道与土体同步振动,不表现出自身的固有振动频率,惯性力对地下结构地震反应影响不大,故隧道抗震研究的重点是地震下围岩的失效防治,结构抗震设计主要目的是减小围岩失效对隧道产生的破坏;减震层和抗震缝的设置都不会改变结构地震反应的频谱特性,但设置减震层后,结构的峰值加速度增加,加速度放大系数不能作为减震效果的评判依据。研究成果对隧道的抗震设计和减震设计有重要工程应用价值。     

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。     

黄草坪2#隧道洞口段减震措施的大型振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道进洞口段为原型,开展减震措施的大型振动台物理模型试验研究。首先系统介绍整个试验方案,包括试验装置、模型相似设计、模型箱体设计、相似材料设计、测试方案和地震输入及加载制度。然后,结合试验结果对洞口段减震设防区域进行研究,对横向减震层、纵向减震层以及加固围岩等措施的减震效果进行分析。试验结果表明,一般从模型洞口进入洞内120～150 cm(对应原型48～60 m)后,地震反应逐步趋于平稳,该范围是隧道减震设防的重点区域。设置横向减震层和系统锚杆加固围岩均能有效减少衬砌的动土压力和加速度反应,而且加固围岩的效果相对弱于设置横向减震层。通过合理设置纵向减震层间距,可将衬砌动应变量级降低至工程安全可接受水平。最后提出,对山岭隧道洞口段进行地震安全设计时,应该在上述认识基础上采取综合减震措施。     

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。