不同场地沉管隧道振动台模型试验研究

为了研究不同场地条件下沉管隧道的地震反应规律和抗震性能,对干砂、饱和砂土以及水下饱和砂土三种场地条件下沉管隧道体系进行缩尺比为1∶30的振动台模型试验.试验结果表明:当输入加速度峰值为0.1g的小震时,三组场地中的土层加速度均保持放大趋势,饱和砂土没有出现液化状态;当输入幅值为0.2g和0.4g时,干砂场地中的土层加速度继续增大,饱和砂土发生液化,表层土体加速度呈现衰减现象;在输入加速度峰值为0.4g时,3组试验的中间管段较端部管段加速度减小百分比最大分别可达11.1%、7.6%和9.4%,柔性接头表现出一定的减震效果;饱和砂土与水下饱和砂土中的土体孔压发展规律基本一致;3组场地中均是隧道底板与中墙角点处的应变较大,是抗震的薄弱部位.     

柔性接头地铁隧道穿越地裂缝的地震响应

采用振动台模型试验,模拟地震荷载和地裂缝场地沉降,分析了穿越地裂缝区域且设置柔性接头的分段地铁隧道的动力响应,研究了地裂缝场地沉降、裂缝发育特征、地铁隧道加速度响应特征、土压力与隧道各区段不同部位的应变规律。分析结果表明:由地裂缝场地沉降与地震荷载耦合作用所产生的差异沉降和裂缝多集中于柔性接头部位;各区段地铁隧道间的运动具有一定独立性,上盘靠近地裂缝的地铁隧道的加速度峰值是下盘隧道的3.2倍;距离地裂缝越近土压力越大,且在耦合荷载作用下,上盘土压力是下盘土压力的6.7倍;地铁隧道各区段左右拱腰应变较大,底板处应变次之,拱顶部位应变较小;柔性接头设置后各区段应变增率减小,在距离地裂缝较近部位未出现明显的应变增加现象。可见,在地震荷载与地裂缝场地沉降耦合作用下,柔性接头能够减小地铁隧道地裂缝位置处的集中应力与地裂缝场地的变形。     

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.      

汶川地震垂直和平行断层方向地震动特征差异

为探讨断层走向对水平地震动的影响,选取汶川地震113组水平地面运动加速度记录,对比研究了垂直断层方向(FN)和平行断层方向(FP)分量的地震动加速度峰值、持时、反应谱、放大系数和特征周期等参数的差异.结果表明:断层距小于50 km时,FN分量地震动加速度峰值大于FP分量,且二者加速度峰值比的均值受场地条件影响较小;断层距越大,FN和FP分量地震动加速度持时越长;断层距小于100 km时,Ⅰ类场地FN和FP分量加速度持时的差别大于Ⅱ类场地;近断层区域内,FN与FP分量加速度反应谱比值的均值大于放大系数比值的均值,Ⅰ类场地FN和FP分量加速度反应谱、放大系数的差别均分别大于Ⅱ类场地;FN和FP分量地震动特征周期差别明显,且二者比值的均值和差值的均值都受场地条件影响较大.     

土石混合体变形破坏的基覆面效应研究

为了研究含石量的变化对土石混合体变形破坏演化规律的影响,考虑了基覆面效应的含石量因素,对土石混合体的变形破坏问题进行了分析.采用自主设计的大型推剪仪对剪切面与基覆面的夹角进行了研究,得到了不同含石量情况下最大剪应力的变化规律,借助渗压计与土压力计研究了孔隙水压力与土压力的变化规律.研究结果表明:当含石量从10%增加至50%时,相同剪切位移情况下土石混合体的抗剪强度会增加,剪切面与基覆面的夹角增加80%;在基覆面底部,剪切面与基覆面的距离增加63.6%;土石混合体变形破坏的最大剪应力即峰值强度增加32.5%;孔隙水压力变化值达到最大值所需的时间增加78.9%;土压力变化值达到最大值所需的时间增加80%;在试验过程中石块会发生翻滚旋转,不会发生被剪断,石块最终会指向土石混合体剪切破坏的方向.      

沉管隧道接头剪力键抗震性能及减震措施

为提高沉管隧道接头的抗震安全性,设计了一种减震装置,完成了有无减震装置2组1/4大比例尺的接头剪力键模型往复加载拟静力对比试验.通过试验揭示了沉管隧道接头剪力键模型在水平循环荷载下的力学行为及抗震性能,并验证了新型减震装置在沉管隧道接头减震中的可行性.试验结果表明：无减震模型在循环剪切荷载下,凹槽端部率先出现裂缝,随后剪力键端部开始出现裂缝,随着加载位移的增大,剪力键出现较大塑性变形后失效;减震模型在循环剪切荷载下减震装置先出现局部屈曲,随后剪力键出现剪切破坏,减震装置可延迟剪力键的开裂时间;与无减震模型相比,减震模型在输入相同的加载位移时,其开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载及破坏荷载分别提高了45.2%、37.33%、26.8%和29.2%;减震装置对模型初始刚度影响相对较小,且能满足规范限定的接头容许位移;单圈滞回耗能最大可提高55.1%,累积滞回耗能提高了31.9%,该减震装置可较好地提高剪力键的整体抗震性能.     

沉管隧道三维地震反应分析

以京沪高速铁路南京长江沉管隧道为背景，研究地震动作用下沉管隧道的响应，计算中计及水的影响，采用粘-弹性人工边界以模拟地基的无限性，由模态计算得到体系的振型和频率，以确定积分时间步长和阻尼系数，运用Newmark隐式时间积分方法，计算了100a超越概率63%，10%和20%地震动作用下沉管隧道的反应，确定了管身段和接头部位的应力和位移，计算结果可为沉管隧道设计提供参考。     

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。      

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

在车辆轻量化设计过程中, 为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为, 加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头, 根据车辆服役温度特点, 选取-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃五个温度测点, 通过准静态拉伸试验, 得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律, 分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力, 建立了接头的二次应力失效准则方程, 对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明: 粘接接头的失效强度受温度的影响明显, 随温度升高, 失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响, 随着剪应力比例增大, 温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40℃, 高温80℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%;随着温度升高, 粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小, 而失效应变逐渐增大, 说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效, 拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂, 并且随温度升高, 纤维撕裂面积减小, 因此, 为了防止纤维撕裂, 需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上, 并绘制了失效准则响应曲面, 直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。      

基于粘弹性本构的CFRP加固RC梁数值仿真分析

为探讨胶黏剂粘弹性对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁力学行为的影响,以Burger模型表征胶黏剂的应力-应变-时间关系,利用Laplace变换和逆变换推导了Burger模型Prony级数形式的松弛剪切模量;采用ABAQUS对粘贴CFRP加固RC梁进行数值模拟,分析了胶黏剂粘弹性对界面应力、CFRP轴力、RC梁弯矩和加固梁挠度的影响.研究结果表明:胶黏剂的粘弹性对加固梁的力学行为有一定的影响,随着持载时间的增加,界面峰值剪应力和峰值正应力均减小,CFRP轴力减小,RC梁弯矩增大,加固梁挠度增大;当胶层厚度为0.2 mm时,加载30 d后,界面峰值剪应力减小了40.1%,界面峰值正应力减小了33.0%,加固梁挠度增加了3.7‰,距离CFRP端部20 mm处截面上CFRP轴力减小了15.8%,RC梁弯矩增加了17.4%.     

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节. 为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响,以相似理论为基础,通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比,分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型;将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据,通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究. 研究结果表明:结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同,离地面越近,地层加速度的放大效应越明显;联络横通道采用刚性连接时,其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处,而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应,且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显;主隧道横断面上,靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变,采用刚性连接时,其受到的影响更大;振动台试验与数值结果规律基本一致,采用刚性连接时,联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度,而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.      

地震作用下盾构隧道环缝单向振动防水性能试验

为研究盾构隧道管片接缝弹性密封垫在地震作用下的防水性能,以在高烈度地震区修建的大断面海底盾构隧道——苏埃通道工程为依托,根据隧道环缝防水指标,研制了可模拟地震作用下的管片环缝单向振动防水试验装置,通过不同环缝张开量下单向振动防水试验,与未考虑地震作用时对应的张开与错动工况下静态防水试验结果进行对比,得出了张开量增大对密封垫防水性能的影响,并提出了弹性密封垫振动防水与静态防水的对应指标. 结果表明:单向振动作用下弹性密封垫发生渗漏时,水呈喷射状而非缓慢流出,张开量的增大较错动量增大更易使弹性密封垫防水性能显著降低;随着环缝张开量的变化,单向振动耐水压值为0.2～1.4 MPa,静态耐水压值为0.1～1.1 MPa;单向振动作用下环缝弹性密封垫的防水性能约为静态时防水性能的45%～78%.      

一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法

提出一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法,该方法用等效静载反映地震波对围岩与衬砌结构的作用,考虑地震波特点,分别计算体波（Ｐ和Ｓ波）和面波（Ｒ波）的影响,并将计算得出的衬砌反应与静载作用下的隧道衬砌的已有应力迭加视作隧道在地震时最大应力,地震波作用及静载作用的结构位移及应力均采用有限元或其它数值方法计算,提出的方法已在南昆铁路隧道抗震研究中的运用。     

上海某越江盾构隧道的地震响应分析

以上海某越江盾构隧道为例,采用二维动力有限元模拟的方法,分析了地震荷载作用下盾构隧道的动力响应,得到了在7度地震作用下,地表土体、隧道周围土体的动剪应力比、动孔压比以及水平方向的加速度.除此之外还得到地震荷载作用下隧道结构、轨道梁的动剪应力,得出了一些具有实际意义的结论,为以后的盾构隧道的设计和施工提供参考.     

隧道抗震研究概述

长期以来,人们认为地震荷载对于隧道结构是不重要的,因为历次地震中,与地面建筑物相比,隧道结构的震害都较少且程度较低,因此关于隧道结构的抗震研究就没有受到重视,隧道结构抗震研究的水平相对滞后。     

隧道地震破坏的主要形式及影响因素分析

随着我国交通基础设施的飞速发展,大量的铁路、公路隧道以及城市地铁相继修建。然而,国内外现有抗震规范中关于地下洞室等地下结构的条文都十分简略,难以适应高烈度地震区地下洞室的建设发展。在对以往隧道震害调查的基础上,分析隧道震害破坏的主要形式,并总结影响隧道震害的主要因素,对当前隧道抗减震设计具有一定的指导意义。     

古建筑直榫节点扁钢与阻尼器加固比较研究

为更好地对古建筑木结构进行抗震加固,基于直榫节点力学模型,以汶川地震中受损的青城山黄帝殿为例,对直榫节点分别采用扁钢和阻尼器加固,对比分析了加固前后结构的自振周期、节点加速度放大系数以及被加固节点相邻杆件的内力.结果表明:2种加固方法均能提高结构的抗震性能,但扁钢加固加大了节点刚度和部分相邻构件的内力,易导致相邻节点拔榫破坏;阻尼器加固可在不增大节点刚度的条件下,减轻结构的地震响应,加固节点的加速度放大系数降低12.8%,加固节点相连杆件的拉力、剪力和弯矩分别平均降低48.3%、40.6%和52.1%,起到了耗能和防止拔榫的作用.      

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.      

沉管隧道在地震与静荷载共同作用下横向受力分析

以南京长江越江隧道沉管段为例,采用二维平面应变有限单元法分别计算沉管隧道在地震与静荷载（土压力和静水压力）作用下所产生的内力和变形．并进行叠加以得到隧道衬砌的总内力．计算结果可供沉管隧道设计参考．     

基于环剪试验的含钙质结核古土壤剪切特性

含钙质结核古土壤在黄土滑坡的剪切带中广泛分布,影响滑坡的剪切特性.?通过固结排水环剪试验,改变轴应力大小,研究不同钙质结核含量下古土壤的剪切力学特性;基于对剪切破坏面的宏观结构分析,总结并提出剪切破坏面的"一"型和"U"型两种破坏形态及平稳、过渡、波动3种破坏模式.?研究结果表明:在低轴应力下,应力-位移曲线均为软化型...