锯末混合土场地模型振动台试验研究

在北京工业大学九子振动台台阵系统上开展了一系列锯末混合土场地模型试验,试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,其尺寸为7.7 m(长)×3.2 m(宽)×1.2 m(高),输入地震动时程采用El Centro地震动记录和天津地震动记录,地震动输入方向为水平横向和水平纵向。通过场地模型振动台试验,验证了设计的模型箱的较小的"边界效应"影响程度,同时考察了锯末混合土场地模型的动力特性及其变化规律。对部分试验结果,包括场地反应的地震动峰值加速度及其动力放大系数、加速度时程及其频谱,进行了具体分析。试验结果表明:本次使用的装配式连续体刚性模型箱边界效应处理效果良好,同一水平面上不同部位土体反应的加速度仅有较小差异;随着地震动输入强度的增大,同一测点反应的峰值加速度总体上在增大,但其加速度动力放大系数总体上呈现减小的趋势,反应的频谱组成从较高频率向较低频率移动。这些结果说明,随着地震动输入强度的增大,土体由于刚度发生变化而相对变软,土体模量逐渐降低。     

农村房屋地基砂垫层隔震系统振动台试验研究

为研究农村房屋的防震减灾措施,验证地基砂垫层的减震效果,制作了1/4缩尺的1层砌体结构模型,采用大型振动台进行了有地基砂垫层隔震措施与无隔震措施的对比试验。采用自行研制的大型叠层剪切模型土箱,地基土采用粉质黏土,砂垫层采用中粗河砂。进行多工况单向水平激励的模拟地震试验。结果表明:在峰值加速度为0. 1g和0. 2g的El Centro波激励下,地基砂垫层隔震系统主要依靠砂垫层的塑性变形消耗部分地震能量,从而减少了上部结构的地震反应;在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,一方面依靠砂土的塑性变形消耗部分地震能量,另一方面由于结构基础与地基土之间的相对滑移运动,限制了地震反应向上部结构的传递;在基础埋深范围内回填砂土的措施既促进了结构基础与地基土之间的相对滑移,又对上部结构的位移反应起到了较好的限制作用;地基砂垫层隔震系统可有效减小结构的加速度、层间位移、层间剪力,在峰值加速度为0. 4g的El Centro波激励下,楼层加速度峰值减小35%,层间位移峰值减小59%,层间最大剪力减小34%。     

饱和砂土中直群桩动力响应离心机振动台试验与简化数值模型研究

饱和砂土液化场地高承台直群桩及土体横向动力响应分析一直是岩土工程抗震的热点和难点。针对这一问题,设计制作饱和砂土液化场地的2×2直群桩模型,进行离心机振动台试验,分析液化场地群桩–土动力响应规律。在此基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立可液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并用试验结果进行验证。结果表明:峰值加速度0.3 g正弦波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度与土中加速度放大峰值均不会超过输入波峰值,地基液化后承台加速度便开始衰减;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展直接影响加速度响应,土体液化直接导致加速度衰减;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性相符合,但量值上有区别,将数值模拟结果进行一定比例缩小后与试验结果基本吻合;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验结果基本一致,数值模拟显示浅层土较深层土液化明显;数值模拟的承台位移相较于试验偏保守。     

CDM格栅复合黏土地基地震反应离心试验研究

近期国际震害调查统计发现CDM复合地基减灾性能普遍优于预期,提升其地震响应特征及规律认识对于发展适用抗震设计方法十分重要。介绍2组CDM格栅复合黏土地基动力离心模型试验,包含1个未处理地基、3个采用原位TRD工法制作的端承型和悬浮型复合地基,分析加速度峰值放大系数、反应谱比、地表沉降、剪应力–剪应变等特征及变化。结果表明:端承型复合地基加速度反应基本呈线性且放大,平均峰值放大约1.4倍,悬浮型地基下层土体及软化对局部场地放大效应、PGA具有较强约束作用,并在高频地震中出现减震现象;各复合地基墙体沉降均规律性发生于震后再固结过程,而端承型地基墙体与墙侧土体沉降差异较大,表明产生较大负摩阻力,悬浮型地基墙体与墙侧土体沉降则高度吻合;同一深度反演求解得剪应力–剪应变响应特征,较好地验证了地表加速度分析结果,并反映了不同频率地震下土–结作用(SSI),分别可使墙侧土体剪应变的发展受到约束和牵引作用,合理解释了高频地震过程中端承型地基墙侧土体的规律沉降现象。     

ZJU400 离心机研制及其振动台性能评价

土工离心机可以产生与原型相同的自重应力,保证模型破坏机制与原型一致,是解决岩土工程、水利工程和环境工程等领域复杂问题的理想试验模拟手段。搭配机载振动台系统,离心机还可以在原型应力条件下探讨地震引起的建构筑物变形和稳定特性。鉴于离心机振动台的科研价值,浙江大学建造了有效旋转半径为 4.5 m 、负载能力 400gt 的双吊篮臂式离心机,可开展 150g 重力加速度下的静态试验和 100g 重力加速度下的动态试验,吊篮尺寸达 1500 mm×1200 mm×1500 mm 。同时,离心机配置了最大振动幅值为 0.6 cm 、最大振动加速度为 40g 的振动台系统,可进行有效负重小于 500 kg 水平单向地震动响应模拟。静动力试验使用的刚性模型箱和层状剪切模型箱的最大尺寸分别为 1.2 m×1.0 m×1.0 m 和 600 mm × 350 mm × 449 mm 。通过饱和砂土地基建筑物震陷试验,初步检验了离心机振动台系统的整体性能。     

孔压增长后的饱和砂土流体特性及其孔压相关性

设计并完成了可液化饱和南京细砂自由场地基振动台试验。利用不同埋深处量测的加速度反应时程,采用线性插值法通过换算得到模型地基土剪应力和剪应变。进一步基于流体力学方法,研究了饱和砂土在孔压增长过程中表观动力黏度的变化规律。试验结果表明,在正弦波荷载作用下,饱和砂土液化前的表观动力黏度随着剪应变和剪应变率的增大而减小,表现出典型的“剪切稀化”非牛顿流体特性;超孔压比在饱和砂土的表观动力黏度发展变化中起着显著作用,表观动力黏度随着超孔压比的增大而减小,并且利用幂函数可以很好的拟合表观动力黏度与超孔压比的关系曲线。此外,表观动力黏度与孔压比的关系似乎不依赖有效上覆压力,该结论有待进一步验证。     

圆形隧道衬砌背后空洞对隧道结构影响的振动台模型试验

为研究圆形隧道背后空洞对结构抗震性能的影响,开展振动台模型试验研究。从地层参数、试验模型相似比、模型箱设计、人工边界处理、传感器布置及地震动加载制度等方面,详细介绍模型试验方案。分析模型箱的边界处理效果,重点考察了模型地基的加速度反应、隧道结构的加速度反应、隧道结构的动应变规律及特征。试验结果表明:模型箱设计合理,边界的设置能够很好地模拟原型土域;随着地震波的向上传播,模型地基中的峰值加速度逐渐增大,地表处的加速度放大系数随着台面输入地震动的增大而减小;在较小地震动作用下,圆形衬砌背后空洞会缩小断面的加速度响应,而在较大地震动作用时会明显增大断面地震反应。     

济南市地铁车站模型振动台试验研究

以济南市轨道交通R1线济南西站为工程背景,采用振动台试验研究土体自由场、三层三跨车站结构土体-结构体系在典型地震波下的动力特性。试验结果表明:在自由场试验中,随着输入地震波峰值的逐渐增大,土体一阶自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大,相同位置的加速度放大系数逐渐减小;在土体-结构体系试验中,由于地下结构的存在,地震波在传播过程中放大效应与自由场存在差异,且不同类型的输入波产生不同的加速度放大系数变化规律。     

土-结构动力相互作用系统离心机振动台模型试验

为研究土-结构动力相互作用系统的地震反应情况,在50g的离心加速度条件下,采用Kobe波作为地震输入,进行两种埋深情况下砂土地基中较大断面地下结构的离心机振动台模型试验。介绍试验设计方案,给出加速度、土压力、位移和应变反应的量测结果。试验结果表明:结构最大弯曲应变发生在柱上端,说明柱是地下结构抗震最不利构件,且柱上端相对于柱下端更为不利;地震作用下结构所承受的总土压力有所增加,并且在地震作用后维持在较高的水平,最大土压力增量与最大总土压力均发生在底板角点处;埋深对地下结构的地震反应有重要影响,本次试验中,结构在对应于原型埋深为5m时的受力情况相比于埋深2.5m的情况更为不利;辅助观测断面与主观测断面相同位置测点的附加弯曲应变峰值较为接近,并且应变反应波形较为一致,表明结构模型地震反应的整体性较好。     

饱和砂土地基液化特性振动台试验研究

饱和砂土地基试验是研究碎石桩复合地基抗液化性能振动台试验的先导和必要组成部分。本文采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了两个饱和砂土地基模型的三次振动台试验,验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力,得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时,探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术,如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等,为今后开展此类试验提供一般的研究思路,并且为后续碎石桩复合地基振动台试验提供了必要的技术经验。     

软土循环扭剪应力应变响应的弹塑性分析

为了分析笔者提出的增量弹塑性模型对描述一般应力状态土单元循环应力应变响应的适用性,进行了软土不排水循环三轴压缩试验与无初始轴向偏应力的循环扭剪试验,得到了两种应力状态土单元的循环应力应变响应。进而依据循环三轴压缩试验结果确定模型参数,再利用模型预测软黏土循环扭剪试验土单元的应力应变响应,并与试验结果进行对比分析。结果表明,预测出的无轴向静偏应力作用的循环扭剪土单元环向剪应力应变滞回曲线与试验结果相比偏小,但是总变化趋势与试验结果较为一致;预测出的循环扭剪土单元环向累积剪应变随循环次数的变化与试验结果基本一致。研究工作表明,该增量弹塑性模型能够较好描述不同应力状态土单元的不排水循环应力应变响应,特别是循环累积应变响应。     

加筋红砂岩风化土强度和变形特性

红砂岩风化土是湖南公路路堤工程中应用较多的填筑材料,采用直剪试验研究了不同压实度的红砂岩风化土的强度和变形特性,以及加筋对其工程性质的影响。试验表明,随压实度增大,红砂岩风化土的峰值抗剪强度明显提高,但主要由粘聚力的增大引起,随剪切位移增大,粘聚力减小,抗剪强度大幅度降低,其应力–应变曲线呈现随应变软化型。加筋提高了红砂岩风化土的峰值抗剪强度和残余强度,更重要的是明显减小了峰值后强度的降低幅度,且达到峰值抗剪强度的剪切位移增大,峰值区域增宽,土体延性提高,改善了红砂岩风化土的强度和变形特性;对于不同的加筋层数和不同的筋材模量,以及在不同的压实度和试验竖向压力下,加筋对红砂岩风化土的强度和变形特性的改变不同;根据试验结果,还对红砂岩风化土的工程性质以及加筋的抗剪作用机理进行了初步探讨,阐述了加筋材料在土的应力–应变关系中的主要功能和作用。     

前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台试验研究

 设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过输入不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,以及PGA放大系数变化特性。试验结果显示,当滑体为可塑的粉质黏土时,后排抗滑桩桩后土压力峰值分布随台面加速度峰值变化,由三角形逐渐变为倒三角形;由于桥墩、后排抗滑桩间距很小,两者相互作用增强,桥墩基桩受到较大的动力荷载影响,随着台面振动加速度峰值增加,桥墩基桩的应变最大值从桩顶下移至滑面附近;当正弦波加速度峰值相等时,频率越高,土体黏滞阻尼越小,滑坡的PGA放大系数越大,相应云图呈层状分布,同时高频振动波使土体产生较小的位移和变形,导致滑坡推力也较小;振动波在向上传播时,土体存在滤波效应,自振频率附近的频谱幅值会被放大。     

颗粒流模拟土的工程特性(英文)

本文基于颗粒流理论,引入不同的颗粒接触连接本构模型,分别建立了砂土和粘性土的颗粒流模型。通过颗粒流数值模型试验,从细观力学角度对土的工程力学特性作了初步的研究。对砂土和粘性土的室内平面应变试验及其剪切带形成和发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压下颗粒流试样与室内试验的应力应变关系曲线,基本再现了砂土和粘性土试样应力-应变关系。通过分析围压-时步曲线、体变曲线和不同阶段的颗粒位移场的变化规律,研究了剪切带的形成与发展规律。     

动力固结后饱和软土三轴剪切性状的试验研究

通过淤泥质饱和软粘土的三轴固结不排水剪切试验,研究了海相沉积原状土、重塑土以及超固结土在动力固结后的应力–应变性状表现。原状软土经过动力固结后在剪切过程中表现出应变软化,重塑软土在低围压下具有一定的应变硬化现象,而在高围压下则为应变软化型。3种状态下的软土的应力–应变关系曲线按照双曲线形式对围压均具有较好的归一性。应力路径分析表明,原状土经过动力固结后在剪切过程中表现出一定的超固结土的性状,而经过动力排水固结后,重塑土则具有明显的超固结土特性。     

黏土和砂土简单的三维本构模型(英文)

把修正剑桥模型推广为适合于黏土和砂土的简单、统一三维本构模型是基于以下两点提出的 :第一点 ,把由笔者已提出的基于SMP准则的一个变换应力张量用于修正剑桥模型使其简单实现了三维化 ,改进的模型对于黏土实现了从剪切屈服到剪切破坏的统一及临界状态理论同SMP准则的结合 ;第二点 ,为了建立对于黏土和砂土简单、统一的本构模型 ,推导出了一个新的硬化参数 ,新硬化参数不仅能描述砂土不同程度的剪胀性 ,对于正常固结黏土又能退化成塑性体积应变 ,所提硬化参数的合理性也被各种路径下分别在三轴压缩和三轴伸长下的试验结果所证实。所提模型的计算参数仅为 5个常规试验参数 ,易于确定     

贵阳红黏土的应力-应变软化模型及参数研究

通过对不同含水量和不同围压下的贵阳红黏土进行三轴固结不排水试验,系统地研究了贵阳红黏土的软化特性及孔隙水压力的变化规律。试验结果表明:贵阳红黏土破坏形态具有明显的剪切带;应力-应变曲线出现了带有驼峰的应变软化现象,固结过程中孔隙水压力与时间呈指数函数关系,剪切过程中孔隙水压力与轴向应变呈双曲线型。研究认为,土体的结构屈服应力和固结不排水试验中产生的孔隙水压力是造成贵阳红黏土软化的主要因素。根据沈珠江、张尔齐等人的软化模型,对贵阳红黏土进行拟合,求解模型参数及置信区间,为贵阳红黏土进一步的数学模型建立提供理论基础。     

珊瑚岛礁场地非线性地震反应特征分析

南海珊瑚岛礁的地震安全问题是一个亟需解决的基础性科学问题。以某南海珊瑚岛礁为研究对象,开展了16组饱和珊瑚砂试样的动三轴试验,发现采用修正Matasovic本构模型描述珊瑚砂的动剪切模量折减和阻尼比增长特性是适宜的,并给出了相应的模型参数。详细考虑岛礁场地的工程地质特性和珊瑚砂的动力非线性特性、自由场非均匀网格划分和人工边界条件,尤其强调了土体应力–应变滞回曲线的不规则加卸载准则,建立珊瑚砂岛礁场地的二维非线性地震反应分析模型,分析了珊瑚岛礁场地峰值加速度放大系数的空间变异特征、地表加速度反应谱的谱形与持时特征。结果表明:①峰值加速度随场地高程的增加总体上呈增大的趋势,10 m以浅放大效应显著,灰沙岛和港池区域尤为显著;②基岩输入地震动频谱特性对珊瑚岛礁地表谱加速度的谱形影响显著,地表谱加速度在周期小于0.7 s部分的反应非常显著。③地表地震动持时较之输入地震动持时均有所减小,地形地貌特征对地表地震动持时有一定程度的影响。该研究结果对南海类似珊瑚砂岛礁军事和民事功能设施的抗震分析具有借鉴意义。     

不同沉积方向各向异性结构性砂土离散元力学特性分析

为探究沉积方向对各向异性结构性砂土力学特性的影响,首先采用椭圆颗粒生成两种不同沉积方向(水平与竖直)的各向异性净砂样,其次,引入一个考虑胶结厚度影响的微观胶接触模型从而生成各向异性结构性砂土。最后,对两种各向异性结构性砂土试样进行双轴压缩试验,并将水平沉积试样试验结果与室内试验结果对比验证该模型的可行性。同时,将两种不同方向试样的试验结果进行对比以探究沉积方向的影响。结果表明:两种试样应力–应变关系均呈软化及剪胀现象,水平沉积试样峰值偏应力较竖直沉积试样大,而二者残余阶段偏应力无明显差别;水平沉积试样临界孔隙比较竖直沉积试样大;胶结破坏速率及胶结破坏率变化与宏观力学特性变化相对应,且变化规律基本相同;水平方向沉积试样的胶结接触主方向始终保持竖直而竖直沉积试样的胶结接触主方向始终保持水平;在水平沉积试样中始终为水平分布颗粒长轴分布主方向,而竖直沉积试样中颗粒长轴逐渐向各向同性分布靠近。