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。     

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.     

地下结构地震模拟振动台试验研究

文章通过振动台试验,总结了地下结构地震反应规律,分析地下结构的变形机制．并重点分析上覆土层和竖向荷载对地下结构动力性态的影响。试验表明浅埋情况的各种反应均大于深埋情况,这说明了约束结构的上覆土层的重要性。垂直激励的参与改变了结构的响应,增大了结构内部的应力,尤其是结构顶部的剪力。并结合结果对设计类似的大跨度地下结构提供有益的结论和建议。     

地震液化离心机振动台模型试验与LEAP研究进展

离心机振动台模型试验是研究地震液化问题的重要手段,一方面可重现场地地震响应和揭示液化致灾规律,为发展工程设计方法提供依据;另一方面可以作为特定边值问题的标准模型试验数据,验证数值方法与土体本构模型及其参数选取的合理性。介绍了离心机振动台模型试验的试验原理,回顾了离心机振动台模型试验在地震液化领域的主要研究进展。围绕由中国、美国、日本和英国等国家高校与研究所联合开展的国际合作项目“液化试验与分析”（LEAP）,重点介绍了若干为提高离心机振动台模型试验可重复性而发展的物理模拟新技术,包括离心机振动台的台面振动控制技术、模型土体弹性波速测试技术和基于图像分析的动态位移监测技术等。最后针对地震液化领域的若干工程和研究需求,探讨了离心机振动台模型试验领域的发展趋势。     

地基自由场离心机振动台模型试验研究

在清华大学土工离心机实验室50g 离心场环境中进行了一系列地基自由场离心机振动台试验。试验包括1个砂土地基、1个黏土地基和2个成层土地基振动台试验。试验中模型箱采用叠环式模型箱,其平面尺寸为0.5 m和0.2 m,试验中输入地震波采用Kobe波和Parkfield波。给出了部分试验结果分析,包括加速度时程及频谱反应、加速度峰值放大系数和土层中剪应力-剪应变变化曲线。试验结果发现,不同类型地基中加速度反应存在差异,在低频部分加速度峰值放大系数从底部到顶部逐渐增大。土体中剪应力-剪应变变化规律在砂土地基和黏土地基中存在差异。     

浅埋地下人防结构损伤诊断

随着社会的不断发展,人民生活水平的不断提高,人防工程建设逐渐受到人们的重视,并且建设的规模正在不断发展和壮大,地下人防结构的损伤诊断也逐渐发展成为人防工程建设过程中急需解决的问题。现阶段,在人防工程建设中,基于振动模态分析已经成为人防结构损伤诊断的主要方式,主要是利用结构特点对于人防建设整体结构进行损伤诊断,虽然在人防建设上已经取得一定成绩,但是还没有对地下人防结构做出更深入的研究,根本原因就是地下人防工程结构复杂、环境复杂等。论文主要研究地下人防结构的损伤诊断。     

浅埋地下结构地震反应分析的惯性力–位移法

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效应。已有研究表明,这种上覆土体竖向惯性力效应对浅埋地下结构支撑构件的抗震性能(抗剪强度和极限变形)有重要影响,是评价浅埋地下结构抗震安全性的关键因素之一,不能忽视。为此,针对浅埋地下结构地震反应分析问题,提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法,简称惯性力–位移法。给出了惯性力–位移法分析模型的两个关键参数确定方法,包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力。工程实例分析结果表明,建议的惯性力–位移法与传统的反应位移法相比,不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外,其它反应量的计算精度与之基本相当。     

浅埋地下结构底板在竖向地震作用下动力响应

本文研究了地下结构底板在地震竖向分量作用下的动力响应。利用结构动力学和弹性力学的理论,得到底板的运动微分方程,根据边界条件确定底板在的特征频率和振型。针对输入的地震竖向分量的形式,采用分离变量法求解了强迫振动方程.计算时取前三阶振型,采用振型叠加法得到底板的相对位移和绝对位移,并进而求得底板的弯矩,利用求得的弯矩,可以求解底板的受力情况。通过底板的受力情况,可以直观地对地下结构底板进行评价分析,并且推进了地下结构底板抗震理论的研究和发展。     

子结构隔震的巨型框架结构地震反应分析与振动台试验研究

为考察基于子结构隔震的巨型框架结构的实际振动控制效果,对一巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行数值分析和振动台试验。介绍了巨型框架结构原型,采用有限元方法对巨型框架结构和采用子结构隔震的巨型框架结构进行分析,研究子结构隔震技术对外部主框架和内部子框架的地震反应控制效果。介绍了缩尺模型结构及其试验方案,对其进行了模拟地震的振动台试验,测量和分析了主框架和子框架的地震反应。有限元分析和振动台试验结果表明：子框架隔震后,巨型框架结构的基本周期得到延长,但隔震结构前6阶振型的振动都是以子框架振动为主,而非隔震结构前6阶振型的振动都是以主框架的振动为主。子框架隔震后,主框架和子框架的地震反应都显著减小,位置较低的子框架2的地震反应及其隔震效果一般要比上部子框架3的大。隔震子框架的变形主要集中在隔震层上,但隔震层变形小于主、子框架间的隔震缝宽度。     

浅析填充墙竖向不规则布置对RC框架结构的地震损伤影响

从地震损伤的角度探讨了4种填充墙竖向不规则布置方式对框架结构抗震性能的影响。通过建立填充墙框架结构协同工作模型,对其进行地震作用下的损伤分析,研究和对比了各模型梁和柱的损伤情况。结果表明,填充墙不仅能以其破坏来减少结构的损伤,而且对在沿房屋高度方向产生刚度突变的楼层的损伤指数有着较大的影响,尤其是结构的薄弱层和顶层。笔者建议,工程设计人员应慎重处理填充墙在竖直方向不规则布置的方式,尽可能减小结构的地震损伤。     

地下结构动土压力简化计算方法研究

基于波动力学理论,考虑土–结构动力相互作用、土介质特性及地震波的传播特性,提出了地震作用下地下结构的动土压力简化抗震设计方法。首先,将土–地下结构体系简化为单自由度的质量–弹簧–阻尼体系。其次,通过建立该体系的波动方程,并进行求解,将自由场响应换算为作用在结构上一点的动土压力,并结合结构周围土体的自由场响应分布特征,可得整个结构上的动土压力分布。最后,以振动台试验结果为基础进行了简化方法的验证,得出本文提出方法能够与试验结果吻合很好。该方法具有概念明确、计算简便、计算效率和精度高等特点,能够求解各类地下结构的地震反应,为地下结构的抗震设计提供了一种简单、实用的工具。     

地下结构与土动力相互作用试验研究

本文介绍了地下结构与土动力相互作用的振动台试验 ,通过试验对拟定结构的加速度放大系数、压力与位移响应进行分析 ,并讨论了地下结构对竖向地震激励的响应 ,以及在不同埋深下 ,土与地下结构的相互作用对地下结构抗震性能的影响。     

可液化地层中地铁隧道地震响应数值模拟及其试验验证

饱和砂土地层中的地下结构在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。采用动力固结两相体有限元程序DIANA SWANDYNE-II对可液化地层中地铁隧道结构的地震响应进行了模拟,并与动力离心模型试验结果对比以验证其效果。选用广义塑性模型Pastor-Zienkiewicz III模拟可液化土的动力特性,基于Biot方程的u–p形式建立有限元方程,进行饱和土动力固结的耦合计算。计算表明,该数值模型可较合理地模拟地下结构的地震反应特性,计算结果与试验现象基本相符。地基液化引起的结构附加内力及隧道上浮主要受地基液化时土水压力变化的影响,截断墙的设置可有效减轻隧道结构的上浮。     

竖向地震分量对于地铁站动力反应影响的研究

基于竖向地震分量对于地铁站动力反应的影响，对研究竖向地震分量作用的三种方法进行了论述，并对一些研究成果作了简要概述，就其中一些需要完善的地方提出了自己的观点，从而保证地铁结构的安全性。     

板柱变形能力对地铁车站结构地震破坏反应影响研究

为研究顶板、中柱的变形能力对地铁地下结构地震破坏反应及破坏模式的影响,开展了 4个板、柱具有不同变形能力的地铁地下结构的对比性离心机振动台模型试验.试验中,通过在结构上覆土中掺入一定比例钢砂的方式对上覆土体的竖向惯性效应进行近似模拟.结果表明:中柱是地铁地下结构的关键性抗震构件,在强震作用下,保证中柱的竖向支撑作用是减...     

土结动力相互作用对框架结构地震反应的影响

利用ABAQUS有限元软件建立了不同框架结构地震反应的计算模型,对框架结构地震下的反应进行了数值模拟研究,得出了不考虑土结动力相互作用以及考虑土结动力相互作用两种情况下框架结构地震反应的差异,为设计人员进行更精准的结构设计提供了指导。     

全直桩与斜桩高桩码头结构地震动力损伤对比研究

为探究斜桩与全直桩高桩码头结构受强地震作用的损伤特点,以一典型钢管高桩码头为研究对象,并以同一建设场地为背景,在相同服役条件及地质条件下,分别建立斜桩与全直桩高桩码头结构的有限元解析模型,进行结构体系的数值模拟仿真。通过桩体截面弯矩-轴力关系曲线,分析了全直桩码头、斜桩码头两种不同结构形式受不同水平地震作用下的动力响应特性及损伤特点,为高桩码头结构的设计与选型提供合理的依据和参照。研究结果表明,在斜桩结构的内力中,斜桩的轴力起主要支配作用,可有效分担地震的作用力,在输入地震动为350 gal时,考虑到结构的水平位移满足设计要求等因素,斜桩结构在抗震性能方面要稍优于直桩结构,在输入地震动为1 000 gal时,两种结构均发生了塑性破坏,通过塑性损伤开展以及对于地震能量的吸收与耗散的对比分析,得到全直桩结构具有优于斜桩结构的抗震性能的结论。     

辽西冻风积土动力测试与动损伤机理研究

风积土颗粒间包含的孔隙自由水在冬季负温作用下会发生冻结现象。为研究冻风积土在行车等动荷载作用下产生的动力损伤机理及其特征,利用GDS冻土三轴测试系统对不同条件下的冻风积土试样进行三轴加载,获得了不同条件下的动应力–应变曲线,并利用有效应力分析法对损伤有效应力及累积塑性变形进行确定。将Helmholtz自由能作为塑性势函数建立了损伤演变率与损伤释放率之间的数学关系,并依照塑性势函数和累积塑性变形率间的线性假设建立损伤演化模型。利用本文所提出的有效应力分析法对建立的P模型参数进行拟合,结果表明P模型计算结果与相关文献动损伤模型计算结果比较吻合。对比由循环加载造成的疲劳损伤与塑性区发展造成的塑性损伤发展过程,得到了冻风积土初期动损伤以塑性损伤为主,后期以疲劳损伤为主的结论,并且确定各条件下塑性损伤的阈值,为冻风积土路基的动力灾害防治提供理论依据。     

Dynamic centrifuge model tests and material point method analysis of the impact force of a sliding soil mass caused by earthquake-induced slope failure

Dynamic centrifuge model tests and associated analyses are carried out to develop a procedure for simulating the slope failure process during earthquakes and to evaluate the force of a sliding soil mass impacting a structure. This impact force is successfully measured in the dynamic centrifuge model tests using a slope height of 50 m in the prototype scale. The results of a pseudo-static limit equilibrium analysis, assuming a circular failure plane, show that a stability analysis can be an effective tool for evaluating the critical acceleration under which the slope failure starts, although it is not applicable for evaluating the runout distance or the impact force of the sliding soil mass to the structure. Therefore, an attempt is also made in this study to examine the applicability of empirical equations for evaluating the impact force by comparing the evaluated impact force using Hertz’s equation and an empirical equation based on fluid mechanics with the measured ones. The comparison reveals that these simple equations would not be able to estimate the impact force well, even though parameter setting is required for applying the equations. On the other hand, it is also found from a relevant analysis that the material point method (MPM) is an effective tool for simulating the failure behavior of a slope and for evaluating the impact force of a sliding soil mass induced by a slope failure.     

地铁车站接头结构振动台模型试验及地震响应的三维数值模拟

先简要介绍了地铁车站接头结构振动台模型试验,然后利用有限差分软件FLAC3D对试验进行了三维数值拟合分析。建立的三维数值计算模型包括:计算范围与模型箱尺寸一致,采用Davidenkov模型描述模型土的非线性动力特性,对边界条件采用加速度条件模拟。计算得到了车站结构模型和区间隧道模型的加速度响应、土–结构间的动土压力值以及结构模型的动应变值。计算结果与实测结果吻合较好,验证了建立的数值计算模型是合理的,拟合分析结果是正确的,从而可为建立软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。