复合加筋路堤边坡振动台模型试验

废旧轮胎、三向土工格栅等新型筋材用于岩土工程加筋,经济环保且力学性能优良.采用振动台模型试验,分别对未加筋边坡、三向土工格栅边坡、废旧轮胎串与三向土工格栅复合加筋边坡、轮胎串与轮胎碎片复合加筋边坡模型在地震作用下的动力响应性能进行了研究,探讨了边坡结构在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同加筋方式下,未加筋边坡与复合加筋边坡的加速度分布规律.试验结果表明:加筋方式对加筋抗震效果影响比较显著,同种加筋方式的加速度响应效果在不同地震波作用下规律相近;三向格栅、三向格栅与轮胎串复合加筋、轮胎串与轮胎碎片复合加筋在汶川波激励下,其加速度放大倍数较未加筋边坡相比,最大减小幅度分别为37.5%、30.0%、21.0%,前者加速度放大倍数减小幅度分别是后两者的1.4倍和2倍;不同加筋方式下,边坡的加速度放大倍数随地震激励水平的提高呈非线性增加,但与未加筋边坡相比,随输入加速度峰值增大而呈现明显的增幅递减趋势;各种加筋土边坡与未加筋边坡加速度放大倍数均沿坡面约1/3高程处随高度增加而逐渐增大,并在靠近边坡顶部位置达到最大值.迁安波产生的加速度响应明显强于其他3种地震波的激励.     

双面高陡边坡的地震滑坡响应分析

为了研究双面高陡边坡破坏机理,以国道G213左侧双面高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法CDEM和振动台试验,模拟了高烈度地震作用下,双面高陡边坡上的坡积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程.研究结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡;在材料参数等外部条件相同的情况下,坡腰处滑体先于坡脚处滑体发生滑塌,滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后;以输入地震波为基准,不论是陡坡地形、缓坡地形还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应大于水平峰值加速度的放大效应,陡坡地形峰值加速度的放大效应大于缓坡地形峰值加速度的放大效应,也大于坡体内峰值加速度的放大效应.      

不同填筑方式黄土斜坡高填方变形演化规律研究

为揭示斜坡高填方边坡变形演化规律，选取吕梁机场高填方边坡作为研究对象，采用数值分析手段，对不同填筑方式边坡的变形规律进行了对比分析，研究表明：高填方边坡变形规律随填筑方式的不同而不同，对高填方边坡体的监测点设置除常规坡表变形监测点外，宜增设地基变形监测点。分层填筑可显著减小坡表水平位移。分层填筑结合土工格栅加筋材料的使用，可减小坡体变形，增强填方体的整体稳定性。     

侧墙开洞拱形地铁车站结构三维地震响应分析

基于数值模拟的方法,建立了土—拱形地铁车站侧墙开洞接通道相互作用的三维数值分析模型,研究了其在水平地震作用下的动力响应规律。结果表明,开洞部位结构边墙或中柱的加速度峰值随着开洞数量的增加而减小,而下边墙的加速度略大于上边墙的加速度;开口部位结构侧墙的最大压应力随开洞数量的增加逐渐增加、弯矩幅值却逐渐减小,而中柱的最大压应力和弯矩幅值均逐渐增加;开洞部位的加速度峰值、相对位移峰值及应力或内力幅值均与侧墙开洞形式有关,正方形开洞工况下的加速度相对最大、横矩形次之、圆形最小;相同开洞面积时,侧墙横向矩形开洞引起的地震反应比竖矩形的略大,开洞角部是抗震设计的薄弱环节。     

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.      

岩质边坡地震加速度放大效应研究

建立一个高70 m的二维数值计算模型,对岩质边坡坡面的加速度放大系数进行计算,并将数值计算结果与大型振动台试验和地震台站实测数据进行对比,对比发现三者得到的岩质边坡坡面加速度放大系数十分接近,再将本文得到的加速度放大系数与《建筑抗震设计规范》中的规定值进行对比。研究表明:高度和坡角对岩质边坡坡面的加速度放大系数具有较大的影响,随着相对高度的增加,岩质边坡坡面的加速度放大系数逐渐增大,水平向的加速度放大系数大于垂直向,岩质边坡坡面的加速度放大系数随边坡坡角的增大而增大,且坡脚对放大系数的影响程度随坡角增大而减小;《建筑抗震设计规范》规范的加速度放大系数规定值过于保守,尤其是对于垂直方向。研究成果对认识岩质边坡坡面加速度放大系数具有一定的指导意义。     

G318林芝—波密段斜坡地震动力响应及失稳机理

斜坡地层结构及地震动力响应是斜坡失稳破坏的重要因素.为进一步研究斜坡地震动力响应的差异性及地震动力响应规律,以G318林芝—波密段典型斜坡中的四类地层结构斜坡为原型,利用FLAC3D建立斜坡数值分析模型,通过在坡面及坡体设置监测点,输入Kobe地震波,对监测点的应变、水平位移及加速度等动力响应进行分析研究.结果表明:土层-岩层斜坡的坡面PGA(peak ground acceleration,PGA)放大系数随高度增加而增大,且在一定高度存在极值;坡体PGA放大系数与坡高呈线性增加,且千枚岩斜坡PGA放大系数更大,最大可达10.7;岩土接触带两侧,土层与岩层的水平位移差异明显,两者至少相差一个数量级,导致岩土接触带两侧介质变形不协调,这是土层-岩层斜坡在岩土接触带发生滑动的主要原因;不同土层斜坡的水平位移及PGA放大系数也有很大不同,且土层-岩层地层结构斜坡的失稳破坏程度主要受土层类型的控制.     

地震动输入方向对隧道洞口段动力响应的影响

隧道洞口段抗震分析中,需要考虑地震动输入方向的影响.通过数值模拟的方法对不同地震动输入方向输入时隧道洞口段仰坡和衬砌的动力响应进行了对比分析.结果表明:横向地震动作用时隧道洞口段的动力响应最大,纵向输入时次之,竖向输入时最小;横向和纵向地震动作用时,坡面位移放大系数(PGD)和加速度放大系数(PGA)均由减小段和增大段构成,竖向地震动作用时只有增大段;在距洞口20 m范围内,衬砌受地震惯性力的影响较大,超过20 m之后,衬砌上的惯性力作用在减弱.     

佛顶宫矿坑边坡三维静动力有限元模拟分析研究

对国内首个既有矿坑地下空间开发项目的佛顶宫边坡进行了三维有限元研究,分别对静力和地震这两种工况进行了模拟。结果表明:削坡或锚索(杆)加固后,最大位移均发生在坡顶、坡面填土、残积土和强风化岩处;最大应力均发生在坡内,最大剪应力发生在各坡脚和岩土交界面处;加速度响应随着边坡高度方向呈放大趋势,表层土体加速度响应明显放大;极限状态下,广义塑性应变区集中在坡顶、坡面处。静力工况下,锚索(杆)加固工况相对于无支护工况,边坡最大位移减小11.9%~28.4%,最大应力减小5.6%~67.1%,安全系数提高了34.5%,说明锚索(杆)加固效果显著。地震相对静力支护工况,最大位移增大3.03~19.73倍,主应力增大6.5%~146.7%,最大剪应力增大168.4%~474.6%,安全系数减小0.6%~23.1%。大震相对于小震支护工况下,坡面加速度峰值及放大倍数分别增大15.04~27.00倍、1.44~1.93倍。对矿坑南北、东西方向施加地震计算的结果显示:前者动位移、动应力均较后者大,安全系数较后者小,说明矿坑长轴方向施加地震较短轴方向不利。     

2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析

2013年4月20日芦山地震是汶川地震后龙门山断裂带发生的又一次破坏性地震,中国数字强震动观测网络有100余台仪器触发并获得加速度记录.设置在四川省宝兴县防震减灾局的强震台(编号51BXD)在东西向获得了1.026g(-1 005.3gal)的峰值加速度记录,这是我国首次在自由地表获得峰值超过1g的记录,是我国强震动观测历史上的重要事件.经震后灾害调查,发现观测台站附近建筑物破坏并不严重,确定地震宏观烈度为Ⅶ度,这引起了社会的广泛关注与争议.通过现场考察,初步认定台站的特殊选址带来了局部地形影响,陡峭山坡放大了高频段地震动.还分析了宝兴县另外3个强震台站的观测环境,并采用全球新一代地震动预测方程进行对比分析,结果显示,该台在小于0.2 s范围内的反应谱放大明显.为了进一步说明台址受场地地形影响,对台站附近进行了背景噪声测试,采用水平/垂直谱比法计算了场地背景噪声的卓越周期、水平向放大系数,得出了随着地势由山脚向山坡上增高,场地卓越频率逐渐增大,且放大系数也随之增大的结论,这与51BXD强震动记录反应谱特征一致.最后,与汶川地震典型记录反应谱、抗震规范谱等进行对比,分析了51BXD强震动记录不同频段的特点;结合附近建筑物现场震后调查结果,初步解释了造成建筑物破坏较轻的原因,验证了局部地形影响是造成峰值加速度记录较大的主要原因.      

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

坡形浅埋隧道爆破振动效应及理论模型验证

为研究位于边坡地形和浅埋土岩复合地层条件下的山岭隧道施工爆破振动效应和振动影响范围,验证并获得准确适用的振速理论模型,以国道317线下穿县城密集区的德格隧道为依托,利用现场爆破振动监测和回归分析对4组常用理论模型进行验证,同时,通过三维数值模拟及与理论模型计算、现场实测结果的比较,围绕爆破振速、振动影响范围以及存在的爆破振动效应进行分析. 研究结果表明:4组常见理论模型计算拟合度在0.15～0.86之间,其中,唐海、朱传统和周同龄理论模型公式对应不同爆心水平距离、高程差时各有优势;理论模型计算得到的爆破振动影响范围比数值计算结果更接近现场实测结果;在隧道成洞区28 m范围内爆破施工引起的“空洞效应”明显,地表垂向最大振速由起爆点处的1.98 cm/s增大到了2.23 cm/s;爆心所在横切面内顺坡向一侧距离开挖中线10～20 m范围坡面上“边坡效应”显著,最大垂向振速达1.83 cm/s之后随爆心距增大而线性减小;在逆坡向一侧5～10 m范围内随高程增加将出现“高程放大效应”,因此,上述范围内的地表建筑应作为现场监测重点并做好防震措施.      

含倾斜夹层场地动力响应的大型振动台试验研究

为了研究含倾斜夹层场地在地震作用下的动力响应及为可能的场地加固提供指导,基于大型振动台模型试验,研究了含倾斜夹层场地在El Centro地震波作用下的加速度、应变及位移响应特征,同时通过频谱分析讨论了夹层对场地稳定性的影响,并用拟静力分析得到场地的启动临界加速度及场地的稳定系数. 试验结果表明:夹层对于加速度峰值存在明显的削弱效果,加载地震波峰值越大,削弱程度越大,同时基岩中加速度放大系数呈现“量级饱和”特征;夹层处应变峰值最大,当加载地震波峰值大于0.33g时,场地平台与斜坡拐角下基覆中存在另一峰值,应变形状呈现“W”形;夹层对20 Hz附近频段的傅里叶幅值有一定的削弱作用,同一土层反应谱卓越周期基本一致,不同土层反应谱差别较大,夹层处（0.31 s）卓越周期大于基岩（0.19 s）与基覆处（0.21 s）;拟静力分析显示0.33g时场地的稳定系数为3.16,强风化带启动的临界加速度为1.42g.      

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响，采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土，模型缩尺比为1∶30，采用层叠剪切箱装填砂土构成场地，采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明:在同一深度土层，柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道；当土层发生液化时，其加速度放大系数小于1；当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时，隧道截面剪应力减小20%和33%，截面轴应力峰值最大值减小16%和30%，截面剪应变峰值分别增加了60%和140%；上覆水使场地加速度放大系数变小，是由于水的存在加大了土层表面的阻尼；在P波作用下，上覆水水深从10 m增长到40 m时，沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.      

地铁隧道邻近地裂缝带的地震响应

采用数值模拟方法, 在不同震级人工地震波作用下, 研究了具有近距离平行地裂缝的地铁隧道的加速度、位移和内力特征, 计算了地裂缝的影响区域、围岩动土压力变化规律和隧道与围岩接触动土压力变化规律。研究结果表明: 在地表距隧道水平距离约25~50m范围内加速度响应存在一个附加放大区域; 当输入地震动强度较小时(50年超越概率为63%), 地铁隧道拱顶和拱底处相对水平位移都较小(约为0.39mm), 但随着输入地震动强度的增大(50年超越概率为2%), 拱顶和拱底的相对水平位移均逐渐增大, 最终增大至1.53mm; 在地震动作用下, 隧道结构的左、右拱肩和拱脚处的轴力都较大, 其中右拱脚处的轴力最大, 为1 926kN; 隧道结构的左、右拱腰处的弯矩和剪力都较大, 其中最大弯矩与最大剪力在右拱腰处, 分别为78.54kN·m与1 830kN; 随着地震动强度的增大, 隧道结构的内力逐渐增强; 地裂缝附近的动土压力较大, 并向两侧逐渐减小; 在中震作用下隧道拱顶处, 地裂缝上盘影响宽度为25m, 下盘影响宽度为20m, 在拱底处, 地裂缝上盘影响宽度为26m, 下盘影响宽度为22m;在大震作用下, 地裂缝上、下盘影响宽度较中震时增大约35%;地裂缝附近的隧道拱顶和拱底的动土压力变化规律与无地裂缝时基本一致, 但隧道结构附近的动土压力较大, 其最大值为138kPa; 在地震动作用下, 隧道结构拱腰处的接触动土压力增量较大, 右拱腰处即靠近地裂缝一侧最大, 增量为45.27%, 拱顶次之, 增量为13.41%, 拱底最小, 增量为6.86%。      

水平成层场地动力特性研究

为了探究地震波作用下水平成层场地的动力响应特征,设计并开展了水平成层场地的大型振动台模型试验,并基于希尔伯特-黄变换对水平成层场地在时域和频域的响应进行了研究.研究结果表明:地震波在水平成层场地内自下而上传播过程中被放大,场地表层碎石土层对地震波的放大效应强于下覆软岩层和硬岩层,碎石土层加速度放大系数达到5.94;地震波从硬岩层传入软岩层时,高频成分（27~40 Hz）被吸收,低频成分（0~22 Hz）被放大,地震波从软岩层传入碎石土层时,7~27 Hz频段进一步被放大,同时,碎石土层内的地震波表现出双卓越周期特性;反应谱峰值随着输入地震波幅值的增大而增大;软岩地层在反应谱周期T0.3 s部分表现出衰减效应,在周期T0.3 s 部分,自下而上3个地层的反应谱表现出放大效应;碎石土层/软岩层分界面对地震波能量具有一定的聚集和放大作用;软岩层/硬岩层分界面对地震波的能量仅仅表现为聚集作用;在碎石土层内,地震波的能量被放大,Hilbert能量谱由单峰发展为三峰,峰值在时间轴上向坐标轴正方向发散,在频率轴上由低频向高频移动.      

基于二维浅水方程的直线段沥青路面径流特性

基于二维浅水方程的水动力学方法建立了直线段沥青路面径流的数值模型, 根据实际降雨条件下沥青路面径流变化过程的监测结果验证了模型参数, 研究了路面宽度、组合坡度等几何参数与路侧排水方式对路面径流时空分布特性的影响。研究结果表明: 设计降雨条件下, 路面径流在空间分布上呈较强的二维特性, 沥青路面径流深度变化依次经历增加、稳态径流与退水3个过程; 漫排水条件下, 路面宽度分别为11、15、20、25、30 m时, 路面径流最大深度分别为11.87、14.39、17.08、19.69、21.98 mm, 退水时间分别为1.4、1.4、2.4、2.9、3.4 min; 路面径流深度增幅随路面宽度的增加而降低, 退水时间随路面宽度的增加而增加; 相比于行车道, 硬路肩路面径流的退水时间延长约20%;较大的坡度组合(横坡为3%, 纵坡为2%) 有利于排水; 当采用集中排水时, 路缘石的阻拦使路侧产生壅水, 壅水区宽度为6~8 m, 壅水区范围占路面宽度的比例随路面宽度的增加而逐渐缩小, 非壅水区内的路面径流深度变化与漫排水条件下基本相同; 为保证行车安全, 可通过改变路面坡度来减少路面径流的汇流时间; 路缘石对路面径流的阻拦效应明显, 在排水设计中应合理设置路缘石高度与开口间隔, 避免行车道出现壅水现象。      

强震作用下近断层桥梁桩基动力响应

为探明强震作用下断层上、下盘桥梁桩基动力响应差异，依托海南省海文大桥工程，通过振动台模型试验，研究了0.15g~0.60g地震动强度作用下断层上、下盘桩基的桩身加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩响应规律差异与桩基损伤特征。研究结果表明:在不同地震动强度作用下，断层上、下盘桩基的桩顶加速度峰值相差0.291~0.488 m·s-2，桩顶加速度放大系数相差0.067~0.195，原因为断层对两侧岩土体影响范围存在差异与桩周岩土体“非线性”差异；随着地震动强度的增大，断层上、下盘桩基的桩顶相对位移差值逐渐增大，最大差值为0.77 mm；断层上、下盘桩基的弯矩最大值相差5.294~82.932 kN·m，且弯矩最大值均出现在覆盖层软硬土交界面与基岩面附近，原因在于下盘作为稳定盘，受上盘土体挤压作用，对下盘岩土体的振动剪切有一定抑制作用；地震动强度为0.35g时，断层上、下盘桩的最大弯矩均未超过抗弯承载力，满足海文大桥抗震设防烈度Ⅷ度(0.35g)的要求；地震动强度为0.35g~0.45g时，断层上盘桩的基频变化幅度较小，地震动强度为0.50g~0.60g时，断层上盘桩的基频显著降低，在桩顶与承台连接处、软硬土层界面与基岩面附近出现裂缝，说明此时桩基已发生损伤。可见，断层上盘桩基的桩身加速度峰值、桩顶相对位移与桩身弯矩动力响应指标均大于下盘桩基，断层上、下盘桩基动力响应变化规律差异显著，体现出显著的“断层上盘效应”，因此，强震作用下近断层桥梁桩基础抗震设计时，应着重考虑断层上盘桩基础的抗震承载能力。      

川西地区季节冻土渗透系数的时空变化特性

冻融循环作用引起的边坡体内部水分迁移是川西地区季节冻土边坡失稳的主要原因，研究边坡土体渗透系数时间、空间变化特征是掌握水分迁移规律的重要手段. 针对冻融循环作用下季节性冻土坡面渗透系数时空变化问题，选取川西新都桥地区某边坡粗颗粒土为测试土样，设计冻土渗透系数试验装置，以30%乙二醇溶液为试验渗透溶液，分别制备不同初始含水率、细颗粒含量、干密度测试土柱；添加30%乙二醇放至低恒温箱中进行12 h以上冷冻处理，开展不同冻融循环次数作用下冻土渗透系数试验,并分析其渗透系数变化规律；在此基础上结合边坡冻融期含水率现场监测数据，分析渗透系数时空变化规律. 试验结果表明:初始含水量及干密度不断增加时，冻土非闭合孔隙度和渗透系数均呈减小趋势；冻土渗透系数随细颗粒含量的增加而减小，当细颗粒含量大于20%时，冻土渗透系数减小的幅度较小；冻融循环次数对冻土渗透性能起到抑制作用，当循环次数超过3次时，冻融作用对渗透性能影响不大；季节性冻土边坡1 m冻结深度以内，渗透系数随深度增加减小；11月—1月冻深范围内冻土渗透系数减小，1月—3月渗透系数开始增大.