西安地裂缝场地动力响应规律振动台模型试验研究

通过开展地裂缝场地振动台模型试验,研究西安地裂缝场地动力响应规律及场地抗震设防问题。试验结果表明:越靠近地裂缝峰值加速度越大,随着距地裂缝距离逐渐增加,地表峰值加速度逐渐减小后趋于稳定,其影响范围为上盘约30m,下盘约18m;随着输入地震动强度逐渐增大,地表峰值加速度逐渐增大但增幅不同;受地裂缝的影响,地裂缝场地动力响应表现出明显的"上盘效应"及"分带性"规律,具体可划分为"避让带"、"设防带"及"安全带";随输入加速度峰值的增大,场地地震放大效应呈整体减小趋势,这种变化趋势在激励加速度峰值为0.3 g时出现拐点后变化趋于稳定。模型试验结果为西安地裂缝场地工程抗震设防提供了理论依据。     

跨地裂缝框架结构地震响应振动台试验研究

为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应。研究结果表明：地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应,同一层土的最大加速度出现在靠近地裂缝的上盘处。跨地裂缝结构处于上盘的构件损伤程度明显大于下盘;在相同地震激励作用下,跨地裂缝结构的动力反应与无地裂缝环境工况相比更加剧烈。跨地裂缝结构的侧向位移最大值并不是全部出现在顶层,这是由于地裂缝上下盘的不均匀沉降作用和基础附加变形综合造成的。跨地裂缝结构的柱钢筋应变幅值分布具有上下盘分布规律,即处于上盘柱的钢筋应变幅值明显大于下盘柱。研究成果可为地裂缝环境下结构设计提供参考。     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全。通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律。试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁车站峰值加速度沿结构高度的分布规律与地震强度有关,即小震作用下结构峰值加速度呈现随结构高度增大而增大的倒三角分布,强震作用下则呈现顶部和底部较大、中部相对较小的"K"型分布;地裂缝场地地铁车站地震破坏模式是地裂缝场地水平剪切变形和竖向上、下盘的错动作用使结构产生明显变形,中柱发生严重的剪压破坏,侧墙与楼板连接处出现一定的受拉损伤,从而导致结构失效;考虑竖向地震作用后,地裂缝场地地铁车站破坏更为严重,这是由于竖向地震增大了地裂缝场地动力放大效应和上、下盘错动作用。     

地裂缝场地加速度响应振动台试验研究

地裂缝对工程结构的安全性影响巨大。在高烈度地区,若仍采用空间避让原则,势必浪费有限的土地资源,制约城市建设与经济发展。为了研究地裂缝场地的动力响应,使其得到更好的应用,以西安f4地裂缝为例,进行地裂缝场地地震动力响应振动台试验研究。试验结果分析表明:加速度放大系数与输入地震波类型和强度、土层性质和厚度及测点位置等因素有关;地裂缝场地加速度响应存在上、下盘效应,地表峰值加速度在裂缝处达到最大,并向两侧递减,下盘峰值加速度衰减速率比上盘快;裂缝两侧测点的加速度峰值存在时间差,上盘加速度变化频率较快。其研究成果将为地裂缝场地的工程应用提供参考。     

地震作用下跨地裂缝的地下综合管廊动力响应研究

以西安市幸福林带地下综合管廊项目为例,采用了Abaqus有限元软件对跨地裂缝的地下综合管廊结构进行动力时程分析,找出了跨地裂缝管廊结构在地震作用下的动力响应规律。结果表明:在地震作用下,跨地裂缝的管廊结构底板加速度响应和位移响应显著,应力集中现象更明显,易出现破坏,尤其是在地裂缝附近的管廊结构反应更加剧烈;处于场地上盘的管廊结构会发生沉降,处于场地下盘的管廊结构会出现脱空,管廊结构随着土体的变形而发生相应的变形;随着地震强度增大,管廊结构的竖向位移也随之增大,且低频成分较多的地震波对结构的破坏更严重。     

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。     

地震作用下岩质边坡动力响应特性及变形破坏机制研究

 以汶川地震诱发大型岩质边坡为研究对象,基于相似理论,采用室内大型振动台模型试验,通过输入不同频率、不同持时以及不同幅值的正弦波,研究顺层及均质结构岩质边坡的动力加速度响应特征及动力输入参数对边坡动力特性的影响。试验结果表明,模型边坡动力加速度分布存在明显的而非线性高程放大特性及非线性趋表特性;且边坡对加速度的放大存在高度效应,即边坡中上部大约3/4坡高以上对水平加速度放大明显,而中下部对竖直加速度放大明显;受地形作用影响,边坡坡脚对加速度具有明显的抑制作用;地震波输入的动力参数对加速度动力特性有影响,地震波频率对加速度影响最为明显,边坡动力加速度随频率的增加而呈非线性增大的趋势,当地震波频率接近边坡模型自振频率时影响最大,且频率的增加改变坡体内加速度的分布特征;动力加速度随边坡输入加速度峰值的增加而增加,但幅值的变化并不改变加速度在坡体内的分布;地震波持时对动力加速度影响轻微。边坡坡体结构是影响其动力特性的重要因素,顺层结构边坡由于存在大量的结构面其动力加速度放大系数要高于均质结构边坡15%左右。     

边坡动力特性与动力响应的大型振动台 模型试验研究

设计并完成了1∶10比尺的边坡大型振动台模型试验.试验模型尺寸为2.15 m×3.5 m×1.5 m(高×长×厚),坡角约为38°,采用土体材料制备.通过输入不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励,探讨地震作用下模型边坡的动力特性与动力响应规律,以及地震动参数对动力特性和动力响应的影响.试验结果表明,随着振动次数的增加,模型边坡自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大.自振频率降低的幅度随振幅的增大而加大.边坡土体对输入地震波具有明显的放大作用,沿坡面向上,加速度峰值放大系数呈现递增趋势,在坡肩附近急剧增大.在不同地震波作用下,坡面加速度响应具有明显的差异.当输入地震动卓越频率与模型边坡自振频率接近时,坡面加速度峰值放大效应显著增强.随着输入地震动幅值的增加,坡面加速度峰值放大系数呈现明显的递减趋势.边坡土体对输入波的低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用.随着输入地震动幅值的加大,土体表现出更强的滤波作用.试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考.     

穿越活动地裂缝地铁隧道震害机制研究

 通过振动台模型试验对穿越活动地裂缝的地铁隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括地铁隧道的加速度反应,土压力及应变的变化规律。分析结果表明,穿越活动地裂缝的地铁隧道在地震荷载作用中,活动地裂缝场地产生不均匀沉降,上盘沉降大于下盘区,预设地裂缝部位沉降值最大,不均匀沉降导致次生裂缝及沉降陡坎产生,地铁隧道上方场地土体产生细小裂缝;地铁隧道与活动地裂缝的加速度时程曲线均与地震动荷载加速度时程具有一致性,地铁隧道各部位加速度时程保持一致,说明在地震中地铁运动保持整体性,上盘场地的加速度峰值较大,表明在活动地裂缝中上盘区对地震动力有一定的放大效应;活动地裂缝场地中土压力呈现出动土压力曲线变化,地震加载结束后隧道结构侧向的土压力受力状态及大小均产生变化,隧道结构顶部的土压力有较大增加;应变曲线表明在扩大断面的马蹄形隧道结构中拱腰部位的应变增值最大,拱顶部位次之,底板的应变增值相比最小。以上成果对于合理认识跨越地裂缝的地铁隧道的地震响应特征具有重要意义,可为地铁隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

基于离心振动台的堆积型滑坡加速度响应特征

 加速度响应规律是解释滑坡震害、合理确定地震影响系数的基础。为此,设计完成了50倍重力加速度条件下的堆积型滑坡离心振动台模型试验,用来研究堆积型滑坡的加速度响应特征及规律。模型滑坡放置于600 mm×400 mm×500 mm(L×W×H)的刚性模型箱内,采用汶川地震清溪台站反演的基岩波作为基底输入,调整其幅值,研究不同强度地震动作用下堆积型滑坡的加速度响应特征及规律。试验结果表明：坡面水平向和竖直向峰值加速度(PGA)放大系数随滑坡的高程增加而增大,趋于坡顶时,增速明显变大,具有明显的高程放大效应;地震动作用下坡面与坡体内部的加速度响应特征明显不同,具有坡面浅表放大效应;滑床岩体自下向上水平向加速度有放大趋势,但与滑坡浅表土体相比,放大倍数则明显减弱;坡顶附近存在显著的波型转换现象;随着输入地震波强度的增大,PGA放大系数总体上表现为递减趋势。所得到的成果初步揭示了堆积型滑坡的加速度响应特征,为解释滑坡震害、确定地震影响系数等提供较可靠的依据。