浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

 首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明：振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对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。     

黄草坪2#隧道洞口段减震措施的大型振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道进洞口段为原型,开展减震措施的大型振动台物理模型试验研究。首先系统介绍整个试验方案,包括试验装置、模型相似设计、模型箱体设计、相似材料设计、测试方案和地震输入及加载制度。然后,结合试验结果对洞口段减震设防区域进行研究,对横向减震层、纵向减震层以及加固围岩等措施的减震效果进行分析。试验结果表明,一般从模型洞口进入洞内120～150 cm(对应原型48～60 m)后,地震反应逐步趋于平稳,该范围是隧道减震设防的重点区域。设置横向减震层和系统锚杆加固围岩均能有效减少衬砌的动土压力和加速度反应,而且加固围岩的效果相对弱于设置横向减震层。通过合理设置纵向减震层间距,可将衬砌动应变量级降低至工程安全可接受水平。最后提出,对山岭隧道洞口段进行地震安全设计时,应该在上述认识基础上采取综合减震措施。     

山岭隧道地震动力响应规律的三维振动台模型试验研究

 以国道318线黄草坪2#隧道为原型,开展大型三维振动台模型试验,重点研究隧道结构的地震动力响应规律及隧道与围岩的相互动力作用。通过对模型试验的关键技术研究,建立一套山岭隧道大型振动台模型试验设计、制作、加载及测试的工艺与方法流程。模型震害分析表明：隧道洞口边坡以开裂和滚落石震害为主,坡面加速度沿高程方向递增且具有一定的放大效应,在坡面原生裂缝和薄弱部位极易出现震害;隧道结构以衬砌开裂和掉块震害为主,初期支护和二次衬砌出现裂缝的部位不同,但钢筋网能够有效地阻止裂缝的发展。模型试验结果表明：隧道结构的加速度响应要大于周边围岩且对周边岩土体的加速度响应有一定的放大效应;对于一般的硬岩质山岭隧道来说,隧道洞口段0～50 m范围的加速度响应较大,为隧道抗减震设防的重点区域;山岭偏压隧道横向不同部位的地震动力响应存在明显差异;当地震波从隧道底部小角度入射时,隧道结构的加速度响应最强烈,对隧道结构的安全性是非常不利的;随着加载地面峰值加速度(PGA)的增大,隧道不同部位的加速度响应增大,但当隧道结构进入非线性破坏状态后,PGA呈减小趋势,地震能量逐渐被耗散。     

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。     

地震作用下立体交叉下穿隧道动力响应振动台试验研究

随着国家路网的不断建设与规划,大量铁路隧道或公路隧道近接平行、交叉等工程现象不断涌现,受地形、地质条件以及线路走向等因素的限制,隧道近接交叉的工程问题越来越复杂.以立体交叉草莓沟1#隧道和盘道岭隧道为例,着重选取盘道岭隧道(下穿隧道)为研究对象进行振动台试验,重点分析受上跨隧道影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶...     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

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。     

路基动力响应与动力破坏的大型振动台模型试验研究

 针对填方路基在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程,设计并完成1∶20比尺的填方路基大型振动台模型试验。模型的尺寸为1.93 m×3.0 m×1.4 m(高×长×厚),采用土体材料制备,通过逐级加载的方式,在振动台上对填方路基进行模型试验。在不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励下,对模型路基的动力响应、抗震薄弱部位、破坏过程以及地震动参数对动力响应的影响进行研究,分析路基及支挡结构的加速度和位移的变化规律。试验结果表明,在水平地震作用下,模型路基对输入地震波具有明显的放大作用,挡土墙顶部及路肩为加速度峰值最大的区域,是抗震薄弱的部位,整个模型路基首先在该位置出现裂缝;在不同的地震波作用下,路基坡面加速度峰值放大系数随着输入地震动幅值的增加呈现递减趋势,路基对输入波低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用;在逐渐加载的地震波作用下,模型路基逐渐出现多处开裂。试验结果可呈现填方路基在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,有助于揭示地震作用下路基结构的破坏机制,为路基的抗震设防提供相应的参考。     

隧道穿过土层分界面振动台模型试验研究

为了研究穿过不同土层的隧道在地震作用下的反应,进行隧道穿过土层分界面的振动台模型试验。采用自主研制的层叠剪切箱减小边界效应,装填黏土和砂土构成横向非均匀场地,模型隧道的轴线垂直穿过2种土的竖直分界面。通过输入不同幅值的El-Centro波,采集土层和隧道不同观测点处的加速度和应变等数据并进行分析,研究了在不同性质土层中地震波传播的规律以及隧道地震响应的特点,分析土层分界面对于隧道地震响应的影响。试验结果表明,地下结构的变形主要由周围土体的相对位移控制;砂土和黏土动力特性以及对隧道约束作用的差异会导致分界面两侧的隧道地震响应不同,产生相对位移,令隧道产生转动、弯曲和扭剪。     

管桩地震反应振动台模型试验研究

通过管桩振动台试验,研究了管桩结构体系在地震作用下的动力响应及内力反应的主要规律.试验结果表明,管桩结构体系的加速度峰值反应在高度上呈“K”型分布,位移反应沿高度呈“S”型分布,在桩身距离桩顶5～6倍桩径处弯矩最大.本试验为管桩的抗震研究提供了试验数据,为工程设计提供了参考.     

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。     

浅谈地震模拟振动台试验

阐述了正确认识振动台模型试验的重要性,并指出了试验中的一些有待提高的做法,同时论述了振动台模型试验的发展动态。     

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。     

顺层岩质边坡加速度响应规律和滑动堵江机制大型振动台试验研究

根据动力模型试验的相似关系,制作1个尺寸为3.0 m×0.8 m×1.6 m (长×宽×高)坡角为40°的顺层模型边坡,设计传感器的布置和试验输入方案,并完成大型振动台试验。试验发现,在坡面上水平加速度随着坡高增加有明显的放大作用,并且该放大作用呈现出非线性和在不同高程的分段性特征,在坡高的1/3以下,加速度放大效应明显,在坡高2/3到坡顶处放大系数急剧增大,中间段水平加速度放大系数增长较为缓慢;在坡体内部竖直方向上,随着高程增加,加速度放大系也表现出非线性放大效应;在坡体水平方向上,在坡面一定深度内坡面处的加速度放大系数大于坡体内部,表现出趋表效应。根据破坏后的特征及试验过程中的视频回放和分析,得出模型边坡的滑动堵江机制为地震诱发→后缘松动拉裂→前缘剪切→高速下滑→对岸阻挡隆起→堆积坡脚→形成堰塞体。研究成果对地震灾区滑坡以及堰塞湖形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

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。