模型试验的分离相似设计方法——以锚索格构加固边坡模型试验为例

提出了模型试验的分离相似设计方法,以锚索、格构梁加固边坡振动台试验为例进行介绍。将传统量纲分析法中描述振动台试验各个相关参数之间关系的函数关系式定义为1级特征方程。根据边坡、锚索、格构和地震波特性的不同,将1级特征方程进行分离处理,得到分别用于边坡、锚索、格构和地震波相似设计的2级特征方程。根据每个2级特征方程中参数的重要程度不同,将关键设计参数从2级特征方程中分离出来,组成3级特征方程。根据3级、2级和1级特征方程可以分别推导得到针对边坡、锚索、格构梁和地震波各自的关键参数、相关参数和无关参数相似比,选择关键参数相似比作为模型设计的主要依据,并对试验模型进行了相似设计。解决了按照传统量纲分析法要求,模型试验无法同时满足所有参数相似比要求的问题。

包裹碎石桩承载特性试验研究

为了研究包裹碎石桩的承载机制,开展了室内模型试验,对不同套筒长度和刚度的包裹碎石桩承载力、端阻力、变形和破坏情况等进行了分析。试验中利用自制的桩体径向变形测量仪监测了桩体的径向变形情况。试验结果表明:当桩体支承在坚硬土层时,全长包裹碎石桩有效提高碎石桩的承载力和刚度,且采用弹性模量较大的土工材料套筒,包裹碎石桩的极限承载力和刚度也较大,部分包裹碎石桩(包裹长度为0.6倍桩长)相对于碎石桩优势不明显。这是因为部分包裹碎石桩和全长包裹的承载特性、变形特点和破坏模式均存在差异。全长包裹碎石桩传递至桩底端的荷载大于部分包裹碎石桩和碎石桩的。与部分包裹碎石桩和碎石桩比较,全长包裹碎石桩桩身变形分布较为均匀,同一应力作用下,桩身最大径向变形量较小。此外,全长包裹碎石桩刺入顶部褥垫层发生破坏,而部分包裹碎石桩发生鼓胀破坏。

考虑动本构关系相似的模型土设计及相似判定体系研究

模型土的设计是土与结构相互作用(SSI)振动台试验的重要组成部分。对当前振动台试验模型土的设计方法进行简要介绍,分析当前设计方法的不足。基于土体动应力-动应变关系的骨干曲线方程推导出控制原型土与模型土动力特性相似关系的指标,提出利用土体的剪切模量比maxG/G随剪应变?的变化关系曲线和参考应变r?的相似比作为模型土设计的控制因素。开展模型土的动三轴试验,得到了模型土maxG/G-?关系曲线和r?值,对模型土与原型土maxG/G-?关系和r?值相似性进行了比较,并建议将曲线相关系数、曲线不均匀系数和曲线的曲率系数作为原型土和模型土maxG/G-?曲线相似度高低的评价指标。研究结论对于振动台试验中模型土的设计具有指导意义。

非一致激励下地下管线振动台试验研究

用于输水、输气及输油等长大地下管线在地震中易发生破坏,且对灾后紧急救援、能源输送等救灾和重建工作影响极大。对于诱发地下长大管线破坏的因素而言,非一致场地波动是最重要的因素之一,如今这一问题已引发众多研究,但受试验设备限制,少有研究者开展非一致激励下管线响应的试验研究。针对长大地下管线受地震波的影响效应,利用独立控制的双台面大型振动台试验设备研究了三维非一致地震激励作用下地下管线的响应,探讨了管线的加速度、应变以及位移等参数的变化规律。试验结果表明:深埋地下管线的存在对管线周围土体和地表的地震响应影响程度不同;在一致和非一致地震激励下,管线的弯曲应变峰值区别较大;规范设计时弱化甚至忽略管线弯曲应变,这种做法难以解释管线弯折破坏。

公路边坡地震失稳规模模糊综合统计评估

针对现有边坡地震危险性评估方法对失稳规模很少提及,且常用于危险性评估的模糊综合决策方法主观性较强的问题,开发一种公路边坡地震失稳规模的模糊综合统计评估方法。基于模糊统计原理,以汶川地震震后调查资料中记载的408个失稳公路边坡为样本,将评估方法各指标的取值范围划分为若干区间,在每个区间分别进行模糊统计,并对模糊统计结果进行曲线拟合,以得到各指标对失稳规模的区间隶属度。然后利用模糊综合决策方法,根据观测值判断失稳规模等级。利用所开发的评估方法评估其他45处公路边坡地震失稳规模,得到的评估结果的准确率为88.6%,表明该方法是有效的。由于没有其他矫正过程,且边坡样本数量相对较少,该方法的准确率尚有提升空间。

高速列车运行对软土区桩—网复合地基的动力影响范围

针对甬台温铁路某段地基结构,通过拟合较合理的列车荷载时程函数,利用Midas/GTS NX软件建立轨道—路堤—桩网复合结构三维动力耦合模型,探讨了软土区复合地基在列车高速行驶过程中,动应力的分布规律以及传播机理。研究结果表明:时速200 km单行列车在路堤顶部的动力影响范围在距离轨道中心3 m之内;单线偏载行驶在路堤底部形成的动力影响范围在左7 m至右5 m之间;表层地基土体的动力影响范围主要集中在路堤范围内;随着深度的增加,影响范围逐渐增大,但是数值逐渐衰减;桩端土体会产生局部动力响应放大现象;竖向动应力衰减主要集中在路堤结构中完成。

一种适用于室内模型试验的循环加载装置研制及试验研究

设计了一套适用于室内模型试验的循环加载装置,该装置主要由水平滑动系统、动力系统以及反力架系统组成,具有稳定可靠,制造加工成本低廉,且荷载幅值和频率可调节等优点。将装置输出的实测荷载与理论值进行对比,并利用该装置对海洋风机单桩式基础进行循环荷载试验研究,结果表明:实测荷载与理论值之间的拟合相似程度为91.3%,输出荷载稳定可靠;淤泥质软土地基中单桩式基础的位移在循环加载初期增长很快之后逐渐趋于稳定,桩后土体与桩分离形成间隙,桩前及桩侧土体出现径向裂纹;桩身弯矩会随着加载次数的增加而呈现累积增加的趋势,最后逐渐趋于稳定,桩身最大弯矩出现在土表下4D^5D(D为桩径)。基于以上结果表明,该循环加载装置设计合理、能够提供稳定可靠的荷载,且能满足模型试验的要求。

倾斜场地非均匀土-桩-结构地震相互作用振动台试验与数值分析

为了研究地震作用下倾斜场地桩-土-结构的相互作用规律,以西南山区某固体废物处置场为例,采用分离相似设计方法和基于连续介质力学的离散元法,进行了群桩结构模型振动台试验与数值分析。通过输入不同幅值的地震波,探讨了整个体系动力响应、处置场单元位移、桩身动应力变化规律及处置场的整体稳定性。并得出如下结果:(1)岩土体是否饱和对模型结构体系的地震动力响应和体系内力影响较大,饱水后位移和内力均要大于饱水前,但体系最大位移在安全范围内;(2)体系的加速度放大效应主要产生在桩身部分,上部结构整体运动主要以平动为主;(3)桩身轴力沿桩深度呈先增大后减小的趋势,增至强风化带底部最大,整个桩身以受压为主;桩身剪力最大值发生在嵌固段下端,强风化带以上剪力幅值及变化均较小,饱水后桩身剪力自上而下逐渐增大;弯矩自桩顶以下呈先增大后减小,然后再反向增大的趋势,最大弯矩发生在2/3桩身周围;(4)处置场整体稳定,但1号~2号处置场桩基设计应加强,处置场下部斜坡应进行抗滑桩等措施进行加固;(5)本项研究可为倾斜场地非均匀土-桩基-结构体系设计计算提供参考。

地下管道管体地震响应的数值模拟

基于ANSYS软件,采用Drucker-Prager本构模型来考虑土体非线性,土-管道动力作用通过建立柔-柔接触面来实现,利用拉格朗日乘子法求解接触效应,土体四周及底部定义粘弹性边界以实现能量辐射。通过计算得到管道在地震波下的位移、加速度和应力的动力响应规律。结果表明,所提出的分析模型和方法能够比较准确地模拟试验中土体和结构的反应及其相互作用,为地下管线等长线型地下结构的地震响应理论分析奠定基础。

地震作用下含倾斜软弱夹层斜坡场地的动力响应特性研究

以四川北部龙门山断裂带附近山区内某核废料处置场为参考原型,概化出含软弱夹层的斜坡场地模型,设计完成该特殊场地在50倍重力加速度条件下的离心振动台模型试验,监测场地在不同输入地震工况下的加速度响应,重点通过加速度放大效应和地震波波动机制探讨软弱夹层和斜坡效应对斜坡场地动力响应的影响,此外,结合传统傅里叶谱和Hilbert边际谱方法,从频域角度展示场地的频谱变化特性。试验结果表明:软弱夹层的加速度放大效应与输入地震动峰值有关,当输入地震动峰值较小时,夹层内响应加速度峰值被削弱,当输入峰值较大时,则被增强;斜坡效应对该场地中软弱夹层内的动力响应存在影响,导致斜坡下的软弱夹层内加速度放大效应增强;随着输入地震动峰值增大,软弱夹层中响应加速度的频率成分发生了变化,高频成分减少而低频成分增加。

地震作用下含倾斜软弱夹层边坡内群桩的弯曲变形研究

针对含软弱夹层边坡场地中的群桩基础,设计并完成50 g超重力离心振动台模型试验,探讨群桩结构的弯矩分布特性和弯曲变形模式,以及场地内部变形和上部结构惯性力对群桩基础的影响。试验结果表明:地震作用下,上部结构的惯性力控制了群桩的弯曲变形,影响范围从桩顶向下为桩长的26%~28%;群桩的弯曲变形形态从整体协调变形角度可分为一致型和非一致型、有拐点型和无拐点型、平行型和非平行型;场地中倾斜软弱夹层对场地内加速度放大系数的影响与输入加速度峰值有关,随着输入加速度峰值的增大,该软弱夹层内部的放大系数呈非线性增长;此外,该上部结构与场地表面的动力响应存在明显差异,且其会随地震强度增加呈非线性扩大趋势,当输入加速度峰值≥0.25 g时会出现成倍突增现象。