成层地基振动台试验双向剪切箱设计与边界效应测评

为满足散粒体材料(如土体)在多向振动台试验中截断边界模拟的需求,设计并制作了一种刚度可调节的层状双向剪切箱。剪切箱由矩形钢管框架堆叠而成,层间设置万向轴承与滚珠,可实现更加真实的双向协调运动;刚度调节装置与复位装置保证箱体复位、运动一致性和整体性,能够满足层间剪切变形。利用所设计的双向层状剪切箱进行上软下硬成层地基的振动台试验,根据边界效应指数与2-范数对边界效应进行定量分析。结果表明,研制的双向剪切箱性能良好,能够正确模拟成层地基场地的地震动特性,边界效应得到有效控制。

大型叠层剪切变形模型箱的研制

振动台模型试验是研究工程结构抗震的重要手段之一。在碎石桩复合地基抗液化特性振动台试验研究中,基于半无限自由场原型土层的地震反应分析,在比较了目前国内外研究岩土结构地震问题振动台试验常用的3种模型箱(刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和叠层剪切变形模型箱)各自优缺点的基础上,设计一个可以用于振动台试验的大型叠层剪切变形模型箱。该模型箱由方钢管焊接的矩形框架和层间滚珠轴承构成,可以很好地模拟原型土层在天然地震剪切波作用下的变形特性。试验结果表明,所设计的叠层剪切变形模型箱不仅为本次试验获得成功打下了坚实的基础,还可以应用于其他岩土地震问题的试验研究。

改进的比例边界有限元法求解层状地基动力刚度矩阵

在传统比例边界有限元法基础上,提出了一种新的坐标变换关系来求解层状地基动力刚度矩阵即改进的比例有限元法。以一条相似轴代替传统比例边界有限元法的相似中心,并利用加权余量法推导得到层状地基位移及动力刚度矩阵方程,不仅在水平向保持了解析特性、满足了水平无穷远处的辐射边界条件,且克服了传统比例边界有限元法在求解侧边平行的层状问题时的不适应性。通过求解3个典型层状地基的动力刚度矩阵,验证了改进方法的求解效率及其对多层地基的广泛适应性。

考虑滑床不同地基系数的抗滑桩受力特征研究

基于目前在抗滑桩理论研究方面多将滑床层状地层等效成均质体,在多层地基横向受荷桩挠曲微分方程的基础上,推导出考虑滑床不同地基系数的弹性抗滑桩嵌固段变位、内力和应力计算的公式。用Matlab软件编写了抗滑桩变位、内力和应力计算与图形处理程序,有效提高了抗滑桩变位、内力和应力分析效率和计算精度。工程实例表明,考虑滑床不同地基系数计算方法对比等效法,滑面处位移、滑面处转角、剪力最大值、弯矩最大值分别增大25.76%、18.04%、14.90%和4.16%,而滑动面处桩侧应力较等效法减小44.91%。该研究成果对滑坡为不同岩性的岩体进行抗滑桩设计具有指导意义。

简易振动台试验设备研制

为了完成多桩型复合地基抗液化性能振动台试验,利用实验室已有的反力墙和作动器,设计了一个小型的简易单向振动台系统和堆叠式剪切模型箱。堆叠式剪切模型箱内部尺寸为1200mm×800mm×772mm,由8层铝合金框架和7层橡胶条叠合而成。利用ANSYS有限元软件对模型箱及地基-模型箱进行了动力分析,并通过饱和粉细砂地基模型振动台试验验证了模型箱的效果。结果表明,所设计的模型箱能够较成功地模拟天然场地的边界条件,为多桩型复合地基抗液化性能振动台试验的顺利进行打下基础。