液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究

采用大型振动台进行液化场地桩基桥梁震害响应模型试验,很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的各种宏观现象。0.15gEl Centro波输入下,上部砂层局部液化,桩-柱墩加速度主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。0.5gEl Centro波输入下,整个砂层全部液化,桩被折断且加速度也主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。砂层液化与否,对桩-柱墩动力反应影响很大。

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。

液化场地桩-土-桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

大型振动台模型试验是目前研究土 -结动力相互作用的一种极其有效的手段。以 1976年唐山地震中倒塌的胜利桥为原型 ,开展 1∶10模型的液化场地桩 -土 -桥梁结构动力相互作用大型振动台模型试验研究 ,很好地再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象 ,并且模型桩的试验破坏状况与其原型的实际震害情况也比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题 ,以飨同仁。

非自由液化场地地基动力性能大型振动台模型试验研究

基于1∶10模型大型振动台试验,研究非自由液化场地的地基动力性能。液化场地条件下,与自由场地基相比,非自由场地地基的自振频率明显加大、动力耗能作用提高较小。土层液化前且在小震输入下,地基动力变形的线性特征较突出,主要表现为对地震波的动力放大作用,加速度反应自下而上逐渐增大;土层完全液化后,地基加速度反应自下而上也逐渐增大,这是由于液化地基的层间剪切运动加快且加快的速率自下而上逐渐增大所致。地基孔压变化主要受两方面因素影响:一是随埋深减小,孔压减小,但孔压比增大;二是离桩距离越近,孔压和孔压比越大。土层液化前,输入波主要峰值过后,自下而上孔压消散逐渐减慢。较大震输入下,自下而上孔压有减小的趋势,但最大孔压比均很快达到液化孔压比;输入波主要峰值过后,孔压消散很缓慢,尤其是孔压消散随埋深减小越来越慢。试验中还出现瞬时负孔压的有趣现象,这也许是由于可液化土层发生瞬时膨胀作用所致。

自由场地基液化大型振动台模型试验研究

目前,大型振动台模型试验是研究液化场地的地基动力特性及土-结动力相互作用的一种有效手段。以1976年唐山地震中倒塌的胜利桥的地基为原型,开展1∶10模型的自由场地基液化的大型振动台模型试验研究,再现了自然地震触发地基砂土液化的各种主要宏观震害现象,尤其是模型地基的试验破坏与其原型的实际震害情况比较吻合。主要介绍有关此次大型振动台模型试验的相似设计、操作技术及试验结果等方面的若干关键科学问题。

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。

光纤Bragg光栅应变测试技术在大型振动台模型试验中应用

基于可液化地基上三拱立柱式地铁地下车站结构非破坏性振动台模型试验,用光纤Bragg光栅测试模型结构中柱镀锌钢丝应变时程,用应变片测试对应位置处微粒混凝土应变时程;运用Mann-Whitney U非参数检验方法,定量分析镀锌钢丝与微粒混凝土的协同工作关系。结果表明,模型结构在地震动作用下,处于弹性或轻微损伤工作阶段;不同地震动作用时,模型结构中柱顶部及底部镀锌钢丝应变测试样本与微粒混凝土应变测试样本非参数检验系数P均大于0.05,两者无显著性差异;对中柱中部,光纤Bragg光栅测试的应变形态显著优于应变片测试结果。对电磁干扰较大、信号较弱的测试部位或小尺寸基体材料,采用光纤光栅传感测试技术更适合。

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。

山岭偏压隧道洞口段大型振动台模型试验方案设计

以国道318线黄草坪2#隧道进洞口段为原型开展大型振动台物理模型试验方案设计。首先对模型箱体设计以及模拟相似材料的物理力学特性和制作方法进行分析和介绍。在此基础上结合既有研究成果和精简原则,对量测仪器进行了合理布置,最后介绍模型的浇筑过程和地震输入及加载制度。试验结果表明,该模型试验方案设计是合理的。

深厚覆盖层上阿尔塔什高面板坝大型振动台模型试验研究

针对深厚覆盖层上阿尔塔什高面板坝结构特点,考虑河谷深厚覆盖层地基影响,模拟抗震加固措施的作用,制作了模型总高150cm的二、三维大比尺模型坝,进行大型地震模拟振动台振动试验,研究了大坝在各级地震作用下的地震反应特性,论证了大坝设计抗震加固措施的有效性。论述了大型振动台模型试验的基本情况,包括模型设计与制作、试验内容与方法等,并总结了主要试验成果和研究结论。试验结果表明:大坝结构的动力特性同输入地震动的强度和振动历史相关,地震强度及频谱特性、蓄水等因素对大坝结构的地震反应特性有重要影响,大坝在设计地震作用下的地震残余变形量值较小,抗震阻滑钢筋和混凝土框格梁加砌石护坡的大坝抗震加固措施体系可以有效提升大坝的抗震性能。

高面板堆石坝面板地震动力反应特性大型振动台模型试验研究

混凝土面板是面板堆石坝整个防渗体系的核心结构,其结构安全性是整个大坝系统正常运行的基本保障。强震作用下,面板产生动应力应变反应与静力作用效应相叠加,可能会对面板的结构安全性产生重大影响,故面板的地震动力反应特性一直都是大坝抗震设计关注的重点问题。通过高面板堆石坝大型地震模拟振动台模型试验,研究面板在地震作用下的各向动应变反应过程及其极值空间分布规律,再根据面板动应变反应过程和材料力学理论分析面板的动应力反应过程及其极值空间分布特性,并利用振动台模型试验成果推求研究原型坝混凝土面板的动力反应特性。研究表明:振动台模型试验实测面板三向应变反应过程及其推求的主应变、主应力过程符合对面板动力反应特性的一般认识,振动台模型试验可作为研究面板动力反应特性的重要手段;沿竖直方向上,面板的大、小主应变极值均出现在0.6倍坝高左右的高程上;和应变分布规律基本对应,面板的大、小主应力和最大剪应力极值同样分布在0.6倍坝高左右的高程上;面板在地震中所受动拉应力水平总体低于动压应力。

高陡边坡组合式支挡结构大型振动台试验研究

为研究上部采用锚索框架结构、下部设置为桩板墙的组合式支挡结构的抗震性能,开展了大型振动台模型试验。通过输入不同强度大瑞波测试了组合结构的加速度响应和动土压力响应,同时将动土压力的实测值与规范法、Mononobe-Okabe法(M-O法)的计算值进行了对比研究。研究表明:(1)组合式支挡结构在不同强度地震动激励下水平向和竖直向加速度沿坡高有不同程度的放大,且输入的激振加速度幅值越大,放大效应越明显;(2)组合式支挡结构下部桩板墙墙后的动土压力强度随激振加速度幅值的增大而增大,沿着墙高呈现出上部小、下部大的分布特性;(3)动土压力强度的计算,在低烈度区使用规范法和M-O法是合理的,但在高烈度区需要对规范法和M-O法进行修正。

TMD控制优化设计及振动台试验研究

以Kanai-Tajimi谱作为理论分析和振动台试验的地震激励模型,在运用复模态法获得多自由度带TMD结构随机地震响应解析解的基础上,对TMD结构参数的优化取值问题进行系统的理论与试验研究,运用常规的和基于动力可靠性约束的两种优化设计方法,得出TMD结构的优化参数取值,并通过一个三层2m×2m×6m的大尺度TMD减震结构模型的振动台试验,检验优化设计方法的有效性,该方法可用于基础隔震结构、带TLD减震结构以及带TMD、TLD抗风结构的优化设计。

高速铁路液化土地基加固的振动台试验研究

在研制大型堆叠式剪切模型箱的基础上,以京沪高速铁路饱和粉土地基加固为背景,对饱和粉土地基、碎石桩桩网结构地基和水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)桩网结构地基加固进行了大型振动台模型试验研究,模型几何相似比为1∶10.研究表明,碎石桩桩网结构地基能够有效地抑制超静孔隙水压力上升,从而提高地基抗液化的能力;碎石桩桩网结构地基和CFG桩桩网结构地基均能够较大地减小地基剪切位移,从而提高地基抗剪切变形的能力;这2种桩网结构地基均较大地减小了由于地基液化引起的响应加速度的放大作用,能有效地减小路堤和地基在地震条件下的沉降及不均匀沉降,提高路基的整体抗震性能.

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验数值模拟方法研究

直接针对大型振动台模型试验,建立液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用数值模拟的二维分析模型和计算方法。根据桩基平面应变假定,将空间桩体转换成平面板桩,并考虑桩的尺寸效应;基于桩截面节点位移协调条件和平衡力系等效原理,建立四结点梁单元刚度矩阵且对Timoshenko梁杆单元刚度矩阵进行增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土位移场分布的尺寸效应。根据有效应力原理进行土动反应分析,采用满足M asing准则的修正双曲线模型描述土动力变形的本构关系,同时考虑因孔压上升造成土体软化而对土动力性能的影响,由迭代法处理土的动力非线性。采用并联弹簧-阻尼器模拟计算域人工边界,以考虑边界波的反射作用对体系动力反应的干扰和土粘滞阻尼的影响。采用W ilson-θ逐步积分法计算体系的地震反应。通过与试验结果的对比分析,评估数值模拟的建模途径和计算方法的可靠性。

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。

地震作用下挡土墙位移模式的振动台试验研究

设计并完成2个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,通过水平向(X向)、竖直向(Z向)和水平竖直双向(XZ双向)3种激振方式,研究汶川波地震作用下重力式挡墙、桩板式挡墙、锚杆格构式框架和预应力锚索格构式框架护坡位移模式及变化特性,并且分析各支挡结构的抗震性能。研究表明:(1)X向或XZ双向激振下,重力式挡墙和桩板式挡墙在激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时的永久位移,以及Z向激振下桩板式挡墙和预应力锚索框架护坡的永久位移可忽略不计;(2)X向激振下,当激振加速度峰值AXmax>0.4 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合,且以滑动为主,而桩板式挡墙位移模式为向土体方向滑动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax>0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合。XZ双向激振下,AXmax>0.4 g和AZmax>0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动与绕墙趾向土体外侧转动的耦合,且以转动为主,而桩板式挡墙位移模式则为离开土体向外侧滑动与绕基础向土体外侧转动的耦合,且以滑动为主;(3)X向和XZ双向激振下,预应力锚索框架和锚杆框架的位移模式相同,都是沿坡体向土体外侧及边坡下端移动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax>0.267 g时,锚杆格构式框架护坡位移模式为向土体外侧和边坡上端移动逐渐转变为向土体方向和边坡上端移动;(4)X向或Z向激振下,桩板式挡墙抗震性能优于重力式挡墙,而XZ双向激振下,重力式挡墙抗震性能优于桩板式挡墙。无论哪种激振方式,预应力锚索格构式框架护坡抗震性能优于锚杆格构式框架护坡。

二级支护边坡重力式挡墙地震动力特性的振动台试验研究

根据顺层岩石倾角20°,30°和40°,设计了3个比尺为1∶8、重力式挡墙与格构式锚杆框架结构二级组合支护的厚覆盖层与顺层岩石边坡模型,开展了3个大型振动台模型试验,对比研究多级支护和不同顺层岩石倾角条件下重力式挡墙的地震动力响应特性。大型振动台模型试验以汶川波作为激振波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等三种激振方式,测试了重力式挡墙加速度、动位移和动土压力响应特性。通过分析加速度动力响应特性,得到了加速度放大系数随激振方式、激振加速度峰值、墙高和顺层岩石倾角的变化规律;通过分析动位移响应特性发现,重力式挡墙主要产生水平向动位移响应和动位移模式,且主要由水平向激振所产生,其动位移响应特性、动位移模式不因激振方式、岩层倾角而变化;通过对动土压力响应特性分析,得到了不同岩层倾角、激振方式条件下的动土压力沿墙高分布形式,以及动土压力响应峰值与岩层倾角、激振方式的变化规律。试验研究结论为二级支护边坡中重力式挡墙抗震设计及其地震动力反应特性的进一步研究奠定了良好的基础。

沉管挤密碎石桩加固液化土地基的振动台试验研究

以碎石桩桩网复合地基加固京沪高速铁路液化土地基为原型,对模型比例为1∶10的振动台模型试验进行研究。研究结果表明:碎石桩桩网复合地基加固液化土地基不仅提高了地基的抗液化能力,而且大大减小了地基路堤沉降;在7度抗震设防下,满足京沪高速铁路抗震设计要求。

CFG桩加固液化土地基的振动台试验研究

以京沪高速铁路液化土地基加固为原型,进行了模型比例为1∶10的CFG桩桩网复合地基加固饱和粉土地基的大型振动台模型试验。通过加固与未加固地基对比,CFG桩桩网复合地基提高了地基的抗液化能力,减小了地基路堤整体沉降,能够满足高速铁路以沉降控制设计的地基沉降抗震设计要求。