岩土工程中动态离心模型试验技术的应用

介绍了动态离心模型试验技术的发展、原理及目前国内外的应用现状 ,讨论了这一技术在土动力特性研究、堤、坝、堰失效机理研究、边坡稳定性研究、地基液化及基础沉降研究。

基于离心模型试验的中硬自由场放大效应研究

利用叠环式剪切模型箱设计并构造了中硬自由场的离心模型,在75g离心场环境下开展了8组工况的动态离心模型试验,并以此来模拟人工地震动观测台站,获取中硬自由场不同深度监测点的加速度峰值、时程及反应谱等结果,系统研究中硬自由场条件下地表及地下不同深度的地震动放大效应。结果表明:中硬自由场滤波作用较小,从底部至地表,地震波的幅值和能量有逐渐增大的趋势,地震波形损失较小;中硬自由场地表处的峰值加速度放大作用显著,地表地震动放大系数在1.86~2.49之间,且放大系数从底部至地表呈逐渐增大的趋势;地震动加速度反应谱从底部至地表逐渐向高频方向移动,反应谱值随自由场深度的增加而降低;地表及地下各层位与基底输入的反应谱比值在一定范围内波动,且存在极值点,优势分布于1.65~1.85之间。

上覆海水层对自由场基本周期影响的离心模型试验研究

基于动态离心技术设计和构建了两组模型试验,还原并再现了上覆无水和有水的软土自由场仿真岩土台阵,利用白噪声扫频和强度不同的El Centro波作为振动台基底输入,采用考虑相消干涉的传统谱比法,获取了不同工况条件下的两组自由场模型的场地反应结果,通过对比分析有水和无水场地的振型反应特征以及基本周期差异,评价和总结上覆水在估算场地基本周期的作用及影响。研究结果表明:由于上覆水自重以及土水相互作用的影响,无水模型的地表峰值放大倍数要高于有水模型,同时无水模型的地表时程波形稀疏,表明地表地震波具有较为丰富的高频成分;无论是白噪声扫频还是El Centro波的基底加载方式,上覆无水和有水两组自由场模型的基本周期和振型放大系数均存在显著差异,表明上覆水对海底复杂介质体系的基本周期估算具有一定的影响,陆地模型和海域模型的基本周期最大偏差达35.5%。

液化场地堤坝地震响应动态土工离心试验及模拟

基于动态土工离心机试验和多重剪切机构模型的有效应力分析方法,研究了不同地震强度下,液化场地堤坝的地震响应和大变形特征。动态土工离心机试验的液化场地模型,由相对密度为30%的饱和砂土构成,输入正弦波峰值分别为0.8056、1.7903和3.133m/s2。并采用有效应力分析有限元程序对堤坝的动点响应进行数值模拟,计算结果与模型试验结果相吻合。在此基础上研究了堤坝的加速度、变形以及下卧液化场地中的超孔隙水压力分布规律,分析了液化场地不同位置土层中的有效应力路径变化规律。研究得出,液化场地堤坝顶和坝趾在地震作用下会发生较大的沉降和侧向扩展,且随地震强度加大而增大。堤坝下卧浅层液化土的超孔隙应力比相对较小但其体积变形较大,坝顶的残余沉降可达1.4m,地震中堤坝底部土体同自由场地土体的有效应力路径和应力-应变特征不同。土工离心机试验结果同数值解析结果基本吻合。

地下RC结构物地震响应特征土工离心试验的模拟

地下结构物抗震稳定性的研究具有重要实际意义。基于动态土工离心试验,应用有效应力法分析了不同水平地震作用下土层和地下RC结构物的最大水平位移、不同埋深的土层加速度和超孔隙水压力变化规律,以及结构物的破坏发展特征,并进一步与试验结果进行了相互验证和对比,取得了较好效果,为重要地下结构物的抗震设计提供了依据和参考。

关于土工离心机振动台发展的思考

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地震作用下中硬自由场放大效应随深度的变化规律研究

设计并构造中硬自由场的离心模型,并以此来模拟人工地震动观测台站,在75个重力加速度环境下,获取4组地表及地下不同深度的模拟地震加速度记录,采用考虑相消干涉的传统谱比法,较系统地开展了场地土层地震动效应研究,分析中硬自由场地震反应的振型特征,初步揭示地震动场地放大效应随深度的变化规律。结果表明:在所有振型中,一阶振型在场地放大作用中往往最为显著且容易识别,但并非是所有振型放大系数的最大值,特殊情况下会小于其他振型的放大系数,总体上随深度的增加而增大;对于二阶及高阶振型的地震动放大系数,在土层中部略小于地表和基底处,地表处最大地震动的放大系数出现在15~18 Hz的高频段上;高阶振型与一阶振型对应的频率之比小于理论估算值,且振型越高,差异越大。