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。

特大断面隧道地震动力特性的振动台试验研究

以福州市二环路金鸡山隧道扩建工程为背景,设计制作了特大断面隧道的1/30缩尺模型,并在福州大学土木工程实验中心的双向地震模拟振动台上,完成了21种工况下的模拟地震动试验。对试验数据进行傅立叶分析,发现浅埋条件下特大断面隧道的存在,显著地改变了原场地的动力特性;第一卓越频率主要体现原场地的动力特性,而第二卓越频率主要体现衬砌结构的动力特性。对试验数据进行频响分析,发现地震波自下而上传播至衬砌结构顶部以后,其第二卓越频率附近的频率成分发生了显著增益;其最大增益频率大致等于第二卓越频率。分析特大断面隧道动力特性与输入地震动幅值的关系,发现经历大振幅地震波激励后,衬砌结构上裂缝发展较为显著,其整体刚度明显降低,从而导致第二卓越频率和最大增益频率出现较为明显的下降。基于上述研究成果,进一步提出了特大断面隧道抗震设防的工程建议。

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。

大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究

黄土山岭地区的隧道开挖破坏了原有边坡内部的平衡状态。在地震动荷载作用下,隧道洞口段及边坡都可能受到严重破坏,也会反映出不同的动力特性和变形特征。首先通过大型振动台对边坡坡度为60°坡脚进洞工况进行试验,然后利用Midas-GTS有限元软件对边坡坡度为60°不同高程进洞的工况进行了数值模拟分析。结果表明:坡顶加速度随着进洞高程的增大而增大,同种波形和输入方向,输入峰值加速度增大,加速度放大效应减小,出现放大效应趋于饱和现象;隧道洞口段最大主应力先增大后减小,仰拱大于拱顶,一般在距洞口15 m达到峰值,50 m后趋于平稳;试验中坡顶出现拉剪破坏,隧道衬砌与上部土体自振频率不同导致的错动形成竖向裂缝,两侧坡脚处出现横向裂缝且发展速度较快,坡面整体发生破坏,震陷滑塌现象很明显且大块土体整体滑落,有隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧;应力最大值断面距洞口42 cm,是2.33倍的隧道最大跨径,最大加速度多出现在距洞口约3.89~4.06倍隧道跨径处;由于临空面的存在,洞口段具有明显的动力放大效应,各监测点位移都有一个略微增大再减小的过程,最大值出现在距洞口60 m处,因此大断面黄土隧道的抗震设防长度取5倍隧道洞径较为合适;相较于振动台试验,数值模拟数结果偏大,但是可以较好地反映出加速度和土压力的基本变化规律。

多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性研究

为了研究含连拱隧道边坡地震动力响应特性,设计了一个几何相似比为1∶20的含连拱隧道软弱围岩边坡,并完成了振动台试验。以峰值为0.4g的汶川(WC)波、Kobe波和EL-Centro波(EL波)为激振波,探究了地震波类型和激振方向等多因素作用下含连拱隧道边坡地震动力响应特性。研究表明:(1)随着地震波类型、激振方向、测点位置等因素的变化,边坡加速度放大系数表现出明显的非线性放大趋势。(2)在地震波水平(X)向激振下边坡岩体主要产生水平向的地震响应,在竖直(Z)向激振下边坡岩体主要在竖直向产生地震响应;在双向(XZ)地震波激振下,加速度响应整体上由大到小依次是K-XZ>WC-XZ>EL-XZ。(3)竖直加速度放大系数在岩体分界面处汶川波与Kobe波、EL波产生不同的变化趋势。(4)整体上,地震波双向激振下边坡的动位移响应幅度依次是ELXZ>WC-XZ>K-XZ,单向激振相对于双向激振动位移响应幅度较弱。(5)在地震波双向激振下,边坡岩体分界面处加速度响应较大,岩体容易被破坏,建议在实际工程中提前进行加固处理。

特大断面公路隧道地震动力响应分析

以西南地区某高速公路特大断面隧道地震设防为研究背景,通过有限元动力计算方法,考虑隧道施工过程形成的应力场作为动力分析的初始应力场,同时在动力分析中考虑静力和动力分析的人工边界转换处置,采用地下结构静-动力分析方法对隧道进行了地震动力响应分析。模型分析了特大断面公路隧道在地震动力作用下的衬砌加速度响应、第一主应力和第三主应力响应、静力到动力的塑性发展情况。分析结果表明,特大断面隧道的仰拱区域在地震振动中是薄弱部位,在施工中围岩压力释放充分有利于隧道抗震,二次衬砌作为安全储备在振动中发挥主要作用。研究结果可为工程实际提供一定的参考意义。

高层钢结构建筑的地震响应分析

本文系统分析高层钢结构建筑在地震作用下的响应特性、影响因素及抗震设计技术。探讨地震对建筑潜在影响的重要性;结构动力学特性与地震波相互作用、主要地震响应参数及其关键影响因素。评估当前抗震设计技术的发展;探索地震响应分析与设计软件工具的应用;为高层钢结构建筑的抗震设计提供理论和实践指导;目的在于提高结构的抗震性能;确保人员和财产安全。

下伏隧道层状岩质边坡地震响应特性的大型振动台试验研究

针对下伏隧道水平层状岩质边坡,设计并完成比尺1∶10的大型振动台试验。试验选取汶川波、Kobe波和大瑞人工波作为台面输入地震波,研究下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度和动位移响应变化规律及地震动参数对边坡动力响应特性的影响。研究表明:在地震荷载作用下,下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度响应随着地震波类型、激振强度、激振方向、岩层相对位置等因素呈现出非线性变化特征;在X向或Z向单向激振下,边坡主要在地震波激振方向上产生动力响应;边坡的竖直加速度放大系数沿坡高呈"U"型变化,最小值出现在软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面处,软弱夹层对边坡的竖向加速度响应有较大影响。边坡的动位移响应整体上表现为:对于不同类型地震波,Kobe波双向激振下最大、大瑞波次之、汶川波最小;对于同一种地震波,双向激振时较强、单向激振时较弱。边坡软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面在耦合地震作用下易发生剪出破坏,应采取相应的预加固措施。

不同地层和滑坡推力分布对微型桩受力影响分析

针对“八”字形顶板连接微型桩组合结构,采用有限元方法研究不同地层组合条件下微型桩组合支护体系加固分级开挖边坡的地震动力特性。研究结果表明:最不利情况下,静力开挖作用与地震作用微型桩组合结构的变形方式均呈现出整体向山体外侧弯曲的趋势,且地震作用下微型桩轴力值较大;滑床岩体性质越好,微型桩所受轴力越小;在滑坡推力作用下,微型桩轴力极值基本都出现在靠山体侧微型桩上,实际工程中可根据靠山体侧桩受力进行设计;对于具有同一地层组合结构的边坡,不同滑坡推力分布形式下微型桩轴力大小排序为:滑坡推力均匀分布>梯形分布>三角形分布。

不同坡度条件下岩溶区隧道的地震动力响应

虽然相比于地面构筑物,地下结构具有良好的抗震性。但近年来研究发现,岩溶地质条件下隧道结构仍会出现严重的震害,且震害的程度也会随隧道所处地形差异而不同。为研究其地震动力特性,借助ABAQUS有限元软件,以福建某一隧道为依托,基于黏弹性人工边界建立二维有限元计算模型,分析了不同坡度下岩溶区隧道的地震动力响应,得到了衬砌结构各监测点的应力、位移以及围岩最大塑性区变化情况。

不同进洞高程黄土隧道洞口段振动台模型试验研究

黄土地区的隧道开挖打破了边坡内部原有的平衡状态,在地震作用下隧道洞口段可能受到严重的破坏而反映出不同的动力特性和震害特征。以宝兰客运专线大断面黄土隧道为工程背景,基于坡脚进洞和1/2倍坡高程进洞2种工况,开展黄土隧道洞口段的大型振动台模型试验,重点研究边坡不同高程位置处进洞的隧道洞口段坡-隧系统所表现出的震害特征和加速度响应特征。结果表明:(1)模型Ⅰ(坡脚进洞)洞口边坡发生震陷型滑塌,表现出纯黄土边坡的破坏特点,坡-隧系统相互作用不明显;模型Ⅱ(1/2倍坡高进洞)洞口边坡发生失稳性滑塌,并由坡顶前缘横向拉裂缝逐步向洞口附近扩展,拉张裂缝逐步发展为剪张裂缝,表明隧道自坡腰进洞影响了洞口边坡的稳定性,坡-隧系统相互作用明显;(2)进洞高程对衬砌结构加速度响应的影响与激振幅值的大小密切相关,进洞高程对高烈度地震作用下隧道洞口段衬砌的加速度响应有显著的放大作用,在隧道洞口段的抗震设计中应加以适当考虑。(3)在2种工况下隧道仰拱压力在20 cm位置处均达到最大,距洞口20 cm距离的部位是坡-隧系统相互作用最强烈的部位。当地震波幅值较小时,进洞高程对仰拱的外表压力有影响,对拱顶影响不大,随着地震波幅值加大,进洞高程对拱顶的外表压力影响明显增大,而对仰拱的影响显著降低。