含软弱夹层斜坡地震动力响应特性的振动台试验研究

 斜坡中的软弱夹层往往控制着其变形破坏模式。在地震作用下,软弱夹层与地震波的复杂作用机制使得该类斜坡的地震响应特征很难被充分了解。在已有认识的基础上,开展4个含软弱夹层斜坡模型的振动台试验,旨在通过与均质斜坡模型响应进行比较,揭示含软弱夹层斜坡的地震动力响应特性,并观察软弱夹层在这一响应过程中所起的作用。主要研究结果为：(1) 4个含软弱夹层模型的水平分量(PHA)和竖直分量(PVA)加速度响应均呈现出高程放大效应,且主要体现在夹层以上部位。在夹层以下部位,水平分量加速度放大系数始终保持在1.5以内。(2) 与均质模型响应的比值表明,在夹层以上部位,夹层的存在对2个加速度分量的影响与夹层特征和激振强度密切相关。当激振强度较弱(≤0.3 g)时,厚夹层和薄夹层的存在都能对PHA和PVA响应起到增强作用。当激振作用增强时,厚夹层表现出了隔震作用,在坡顶,PHA和PVA响应相对均质模型分别减弱50%和70%。(3) 与加速度响应一致,坡表水平向位移响应也呈现出了高程放大特征,且在坡顶最大。然而,与均质斜坡模型的初始变形出现在坡顶这一现象不同的是,含夹层模型的变形最早出现在夹层以上、坡顶以下的部位。分析产生这一差异的可能原因在于,当激振强度较大时,含夹层模型相对于均质模型在该部位的水平向响应强度显著增强,而夹层的挤压变形也可能造成初始变形部位更靠近夹层。(4) 含软弱夹层模型的最终破坏部位和破坏程度,与夹层的厚度和倾角密切相关,表现为含水平夹层模型的破坏部位高于含反倾夹层模型,而含薄夹层模型的破坏程度高于含厚夹层模型。     

黄土无衬砌隧道破坏机制振动台试验研究——隧道稳定性分析讲座之二

在参考相关文献以及做了一定数值模拟分析后进行了黄土无衬砌隧道的大型振动台试验的研究.振动台试验的研究结果表明:埋深越深峰值加速度越小,埋深浅的隧道和地下结构要加强抗震措施;隧道洞口部由于刚性变化较大峰值加速度相比沿隧道其它位置要大,在隧道洞口部一定范围内要提高抗震水准;隧道直墙中下部是最易破坏的部位,而隧道仰拱会出现拉...     

含软弱夹层浅埋隧道变形特性及控制指标研究

以宁安(南京—安庆)客运专线钟鸣隧道交叉中隔壁(CRD)法施工地段为工程背景,采用FLAC3D对含软弱夹层浅埋隧道不同施工条件进行三维数值模拟分析,结合围岩变形现场实测数据,深入分析其围岩变形特性及控制效果,建立该类隧道围岩变形分级控制量化指标。研究结果表明:采用CRD工法开挖含软弱夹层浅埋隧道可以有效控制围岩变形,超前小导管注浆加固拱顶围岩可以明显控制其变形效应;由围岩开挖引起的纵向影响范围为3.0~3.5倍洞径,横向影响范围约为4.0倍洞径,且其围岩变形表现出明显的空间效应;模拟计算和现场实测的围岩变形规律基本一致,且与Panet曲线更接近,其开挖面处预收敛变形RU占总变形M RU比值约为45%;围岩变形分级控制指标中地表沉降和拱顶下沉极限值分别为40和80 mm,拱顶下沉速率和相对下沉极限值分别为5 mm/d和0.64%。     

含软弱层大空间混凝土框架结构振动台试验

为研究现阶段存量较大的大型公共建筑结构强震作用下地震响应和抗震性能,针对一含软弱层的大空间RC框架结构,设计了几何相似比为1∶6的模型,开展设防烈度下多种激励的模拟地震动试验。通过对模型破坏形态、动力性能、加速度与位移响应等指标的测试分析,研究大空间混凝土(LRC)框架结构相对常规混凝土框架结构在动力响应与变形特征等方面的差异。试验研究与分析结果表明：LRC框架结构的损伤集中在软弱层,其柱端抗弯能力对整体结构的抗震性能影响最大;楼层加速度和相对位移经软弱层传递后易发生突变,LRC框架结构相对常规结构呈现出更明显的整体弯曲特征;含软弱层的LRC框架结构破坏等级的划分所依据的层间位移角限值相对常规RC框架结构需提高一级。     

跨断层隧道设置常规抗减震措施振动台试验研究

针对跨断层隧道洞身段设置抗减震措施开展振动台模型试验研究.通过分析围岩与隧道结构的地震加速度响应、地震动应变反应以及隧道结构的震后破坏形态,对设置减震缝、减震层和无抗减震措施3种情况进行对比研究.结果表明:新型滑动装置在单一模型箱内能够较好地模拟断层错动,从而实现对模型系统的非一致性地震激励;断层错动能够引起隧道结构横断面大范围的破坏,因此跨断层的隧道结构必须设置抗减震措施;减震缝可以使隧道结构发生相对变位以降低结构的地震动应变值;减震层材料的缓冲作用可以削弱隧道结构因受围岩约束而产生的受迫振动,从而降低地震动应变值;减震层的减震效果优于减震缝,但是要充分发挥二者的抗减震作用,还需提高衬砌混凝土的强度;拱肩、拱脚和仰拱是隧道结构抗震加固的重点部位.研究结果有利于隧道结构新型抗减震措施的开发,以及为跨断层隧道结构的抗震设防提供参考.     

含软弱夹层隧道围岩变形特性与加固参数设计方法

对太焦铁路五谷山1#隧道进行现场监测,分析含软弱夹层隧道围岩变形特征.将多断面上的围岩及支护结构力学响应结果的平均值和标准差转化为二维平面上与原点的ECULID距离作为评价指标,利用正交试验分析加固参数对围岩及支护结构力学响应的影响,并以模糊决策理论为基础,将各组试验结果与多评价指标的全局最优值之间的ECULID距离作...     

含泥化夹层顺层岩质边坡动力响应大型振动台试验研究

 设计制作了两个含泥化夹层的顺层岩质边坡模型,并完成了大型振动台试验。试验结果表明：随着输入地震波时间轴压缩倍数增大,地震波卓越频率增加,边坡坡面水平方向加速度放大效应增强,同时,随着边坡相对高度的增加,压缩比对水平方向加速度放大效应的影响程度增大;当输入地震动幅值小于0.3 g时,坡面加速度放大系数随输入地震动幅值增加而增大,反之,放大系数减小;在水平方向,泥化夹层饱水后坡脚部位加速度放大系数小于饱水前,而坡面中上部加速度放大系数大于饱水前;在垂直方向,泥化夹层饱水后坡面加速度放大系数小于饱水前;泥化夹层饱水前,坡面加速度放大系数大于坡体内部,泥化夹层饱水后,下部坡体内部加速度放大系数大于坡面,中上部坡体内部加速度放大系数小于坡面。分析边坡破坏过程可以发现含泥化夹层顺层岩质边坡的破坏模式为拉裂–滑移–崩落式。     

含软弱夹层岩体爆破的夹层土运动特征试验研究

 以单孔台阶爆破为原型,进行含软弱夹层的混凝土模型爆破试验,利用高速摄像观测爆破过程中夹层土的运动状态,分析不同炮孔装药量、夹层土含水率和最小抵抗线条件下夹层土的运动特征及其变化规律。研究结果表明,利用高速摄影可以清晰地观测到距炮孔中心2～4 cm之后的夹层土的运动影像,从而证实爆破对紧邻炮孔的软弱夹层的推移作用;模型爆破时夹层土的最大运动速度可达450 m/s,并随着与爆心距离的增大,夹层土的运动速度大致呈线性降低,其降低幅度主要受夹层土含水率和炮孔装药量的影响;距炮孔相同距离处的夹层土运动速度和运动的最大距离均随装药量、含水率、最小抵抗线的增加而增大,且装药量对夹层土的最终推移距离起着主要作用。     

山岭隧道跨断裂带段及洞口段地震响应大型振动台模型试验研究

为研究地震作用下山岭隧道跨断裂带段及洞口段的动力响应及其破坏机制,以国道318线康定折多山隧道工程为背景,设计并开展隧道长达8 m的大型地震动模拟振动台试验,对比分析处于不同围岩条件中衬砌结构的动力响应规律及其破坏机制,研究结果表明：在本次振动台试验中,隧道衬砌结构的加速度、动土压力以及应变等响应主要受周围围岩条件的影响,其所处的围岩质量越差地震反应越强烈。在三向地震作用下,隧道衬砌结构的PGA放大系数随着地震波幅值的增加逐渐减小,各部位间动土压力和应变差值逐渐增大并进入偏心受力状态,横截面共轭45°为主要受力方向。此外,衬砌结构的纵向破坏由洞口处向深部围岩发展,且各段衬砌具有相同的破坏机制,即破坏过程为自“仰拱→拱脚→拱肩→拱顶”发展。对比分析处于不同围岩条件中衬砌结构的最终破坏形态,洞口和断裂等围岩条件较差段衬砌结构的震害较为严重,且下部结构的震害明显比上部结构严重。因此,在实际工程中需重点关注洞口段和断裂带段衬砌结构的抗震设防,加强衬砌仰拱、拱脚等下部结构的加固设计。     

含软弱夹层岩质边坡在爆破地震波下的试验研究

为探求地质工程中爆破地震波作用下含软弱夹层边坡的动力响应特性,设计由混凝土基座和边坡模型组成的物理模拟试验,采用雷管和乳化炸药施加爆破地震波,开展考虑爆破孔位置和炸药量影响的多次爆破试验.首先,对速度、加速度响应分别进行快速傅里叶变换(FFT)、希尔伯特—黄变换(HHT),两者的频谱结果均表明符合爆破地震波的特征;然后...     

软弱夹层对隧道围岩稳定性影响规律研究

宜巴高速公路石门垭隧道具有地质条件复杂、围岩软硬交替、高地应力等特点,施工过程中常发生围岩层状剥落、侧墙滑塌等现象,严重威胁隧道施工安全。为确保施工安全,有必要采取一些措施为实际施工提供技术指导,采用FLAC^3D有限差分法分析软件,模拟分析了隧道含不同倾角及位置的软弱夹层时围岩的稳定性,通过分析围岩位移场、塑性区及应力场的分布特征,得出了软弱夹层倾角及位置对隧道围岩变形、破坏区及应力分布的影响规律。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供借鉴和参考。     

跨断层隧道抗减震措施性能振动台试验研究

跨断层的隧道工程在中国高烈度地震区已经越来越普遍。针对目前土木工程抗震设计规范对跨断层隧道的不适用性,通过振动台模型试验研究了隧道结构常规与新型抗减震措施在地震动力荷载作用下的响应特性和破坏机理。结果表明：断层滑动装置在单体模型箱中模拟断层滑动状况良好;套管式可变形结构的抗减震性能最好;减震层可以提高隧道结构整体的耐震性能;减震缝通过提高隧道结构纵向自由度而减轻震害。分析了隧道结构在地震中发生破坏的初始位置与破坏过程,揭示了各种抗减震措施的作用机理。最后,将地震烈度与隧道结构破坏过程相结合,提出了各种抗减震措施的适用条件。为研发新型隧道抗减震措施与隧道抗震设防提供参考。     

含软弱夹层岩坡的稳定性分析--以马钢"十一五"新区项目马三峰边坡为例

以马钢“十一五”新区项目马三峰边坡为例，对含软弱夹层的岩石边坡的控稳机制和稳定性进行了分析，结果表明，对顺层岩石边坡，其稳定性决定于软弱夹层的力学强度。     

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。     

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。     

弱膨胀性夹层位置对隧道稳定性的影响

本文简述了塑性剪胀模型的原理，并提出了“薄型混合单元”，以此来分析具有弱膨胀性软弱夹层处于不同位置时对隧道稳定的影响。最后得出当软弱夹层处于上拱区时，对隧道的稳定性最为不利。     

偏压连拱隧道洞口仰坡失稳机制的数值分析

以江西某高速公路一浅埋偏压连拱隧道为背景,用Marc有限元程序对其出口段进行了动态施工的三维数值模拟。从施工过程中的应力（剪应力和正应力）集中、塑性区的分布形态和发展规律、仰坡轴向和横向地表位移的分布特征等方面,系统研究了偏压连拱隧道强风化仰坡因施工而引起的失稳机制。结果表明：（1）塑性区和应力集中区在模拟施工过程中只出现在洞体附近,可能的仰坡失稳往往是隧道施工失稳的累进性响应,机制是：隧道开挖引起近洞区的塌落和挤出破坏,从而扰动相对较远的仰坡,削弱甚至破坏其稳定性;（2）隧道上方和近山脊一侧仰坡轴向和横向位移比近山谷一侧的大,仰坡失稳往往从隧道上方和埋深较大一侧开始;（3）洞口仰坡的轴向水平位移前缘大,后缘小,垂直位移后缘大,前缘小,与圆弧型剪切滑移边坡的位移模式很吻合。     

含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法研究

基于希尔伯特–黄变换和边际谱理论,进行了含软弱夹层顺层岩质边坡的大型振动台试验,并利用试验结果对含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法进行了研究,结果表明:边际谱峰值和特征频率的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程;地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡的损伤首先出现在坡肩位置,随着地震动强度的增大,震害损伤逐渐向低高程发展,最终边坡在坡体中上部相对高度0.56处沿软弱夹层顺层剪出,试验中坡面的位移监测结果表明坡体中上部位移出现陡增时刻晚于坡肩,边际谱分析结果与位移监测结果吻合较好;坡面附近的震害程度强于坡体内部;边坡中下部特征频率发生突变,表明坡体中下部为边坡动力响应的不连续带;含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏形式主要表现为边坡后缘垂直的拉裂破坏和沿边坡中上部相对高度0.56处软弱夹层的剪切滑出破坏,边坡的破坏模式为拉裂-滑移-崩落式。本文提出的能量判识方法对识别边坡的破坏模式具有一定的指导意义。     

下卧软弱夹层的软岩隧道式锚碇承载特性研究

为了研究下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的承载特性,以拟建的某大桥隧道锚工程为依托,开展缩尺比例为1∶10的隧道锚原位模型试验。通过对模型锚开展荷载试验、蠕变试验和破坏试验等,隧道锚在下卧有软弱夹层的软弱围岩(泥岩)中,是具有一定的承载能力和长期稳定性的。该类隧道锚的拉力向和锚塞体前部的铅直向的地表围岩变形曲线以隧道锚中心轴线为对称轴分别近似呈现出"M"形和"倒V"形,铅直向地表围岩变形从锚塞体前端至后端逐渐减小。对于深部围岩变形,该类隧道锚在拉力向的变形控制应以锚间深部岩体变形为主,在铅直向的变形控制应以锚塞体前部深部围岩变形为主。此外,研究还得出下卧有软弱夹层的软岩隧道锚的破坏模式。研究成果可为类似的隧道锚工程的设计、施工等提供参考和借鉴。     

土石坝坝坡模型振动台破坏试验的数值验证

 在土石坝坝坡模型振动台破坏试验基础上,采用数值分析方法,对坝坡的动力特性、稳定性以及加筋抗震措施的性能进行研究。采用动力弹塑性分析方法,对坝坡模型振动台试验进行数值仿真,通过类比计算工况,比较、分析坝坡的破坏过程及其破坏性态以及永久位移的变化规律;同时,采用拟静力方法对坝坡的稳定性进行分析,通过设定滑裂面参数,比较滑裂面的深浅,分析加筋对坝坡稳定性的影响,并与试验结果进行对比验证。结果表明：对模型进行的数值模拟和模型试验所得到的结果较为一致,表明坝顶是薄弱部分,破坏首先从坝顶附近开始,减缓坝坡或坝坡加筋均可减小坝坡的永久位移,但加筋能提高坝坡的整体稳定性,能有效控制坝坡的浅层滑动,且不增加大坝填筑量,与缓坡比较有较强的优势。该研究结果可为大坝的加筋抗震措施设计提供依据。