土工离心机水平垂直双向振动台

大型土工离心机水平垂直双向振动台可在水平和垂直两个方向上激发振动,模拟地震波作用对岩土工程和结构物的影响,其原理复杂且实现难度大,世界范围内数量较少。文章依托交通运输部天津水运工程科学研究所已建成的大型土工离心机水平垂直双向振动台,分析了大型双向振动台的研制难点,并对其相应的机械设计方案和控制策略进行了介绍。本振动台的建造经验表明:采用层压橡胶轴承替代普通轴承可承受巨大的振动负载,将层压橡胶轴承布置在合适的位置可以保证台面只在水平和垂直两个方向运动;使用气缸补偿振动台和模型的静态载荷,垂直作动器只负责振动加载;振动台底部设置隔振层可大大减弱主轴受到的冲击;合理的油路布置方案和伺服阀的选型保证激振效果;使用剪切模型箱可减小模型的边界效应,使用期望响应谱RRS和测试响应谱TRS相比较的判定准则进行波形迭代,可保证波形的准确性。合理的机械设计方法和控制策略保证了振动台的使用效果。     

桩一土一桥梁结构地震台试验数据处理方法

地震模拟振动台试验测点多,加载工况多,采集到的数据量大,且受噪声等因素干扰,测试数据与真实信号间有一定的差别。只有将测试数据经过科学的处理、修正和分析,去伪存真,才能得出正确的试验结果和结论。简要介绍桩一土一桥梁结构相互作用地震模拟振动台试验项目的概况,详细论述该试验数据的处理思路与方法,为以后相关试验研究提供参考。     

非自由液化场地地基动力性能大型振动台模型试验研究

基于1∶10模型大型振动台试验,研究非自由液化场地的地基动力性能。液化场地条件下,与自由场地基相比,非自由场地地基的自振频率明显加大、动力耗能作用提高较小。土层液化前且在小震输入下,地基动力变形的线性特征较突出,主要表现为对地震波的动力放大作用,加速度反应自下而上逐渐增大;土层完全液化后,地基加速度反应自下而上也逐渐增大,这是由于液化地基的层间剪切运动加快且加快的速率自下而上逐渐增大所致。地基孔压变化主要受两方面因素影响:一是随埋深减小,孔压减小,但孔压比增大;二是离桩距离越近,孔压和孔压比越大。土层液化前,输入波主要峰值过后,自下而上孔压消散逐渐减慢。较大震输入下,自下而上孔压有减小的趋势,但最大孔压比均很快达到液化孔压比;输入波主要峰值过后,孔压消散很缓慢,尤其是孔压消散随埋深减小越来越慢。试验中还出现瞬时负孔压的有趣现象,这也许是由于可液化土层发生瞬时膨胀作用所致。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

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.      

强震作用下群桩基础抗液化性能的振动台试验

为研究强震作用下群桩基础抗液化性能优于单桩基础的具体表现形式,依托海南省海文大桥工程,采用振动台模型试验开展单桩、四桩、六桩基础处理液化地基的差异性研究,分析了3种不同工况下饱和粉细砂土层中孔压比、桩身加速度和弯矩时程响应差异及其三者相互关系。研究结果表明：0.35g地震动荷载作用下,3种工况均产生液化现象,饱和粉细砂土层深处的孔压比开始增长时刻及稳定时刻均滞后于浅层;六桩基础完全液化耗时比四桩基础延缓4.41~4.82 s,四桩基础完全液化耗时比单桩基础延缓4.00~4.42 s;随着桩数的增加,同一深度处饱和粉细砂土层中桩身最大加速度及其放大系数均逐渐减小,桩身最大加速度出现时刻逐渐滞后,且随着孔压比的增大,桩身加速度逐渐减小;六桩基础最大弯矩较四桩基础小25.95%~43.50%,四桩基础最大弯矩较单桩基础小28.80%~33.10%,单桩基础最大弯矩出现时刻比四桩基础早1.22~1.27 s,四桩基础较六桩基础提前0.66~0.72 s,且桩身弯矩随孔压比的增大逐渐衰减,说明液化前饱和粉细砂土层具有软化减震作用。可见,六桩基础抗液化性能优于四桩及单桩基础,在液化土层桩基础抗震设计中,可通过群桩基础形式提高其抗液化性能。     

土质边坡地震稳定性研究进展

土质边坡地震稳定性研究方法主要有稳定安全系数法、地震永久变形法、模型试验法和数值模拟法四种.对这四种方法,并主要对基于概率理论的地震永久变形简化耦合算法(Bray-Travasarou法(2007))和振动台模型试验法这两种方法的基本内容和国内外最新研究进展进行评述,分析其存在的问题,并对这些方法的发展提出建议.     

一种多功能单跨梁振动实验系统

为研究梁的振动问题,开发了一种多功能单跨梁振动实验系统。该振动实验系统主要由底座、支座、激振器、位移传感器、力传感器和数据采集处理系统6部分组成。通过更换支座可以实现简支梁、悬臂梁、一端固定一端铰支、两端固定梁等多种形式梁实验,并且可以通过更改激振器位置,实现不同位置加载。测得了几种典型正弦激励荷载作用下梁振动时程曲线和3根悬臂梁的固有频率,并与有限元数值模拟值进行比对。结果表明:梁的振幅和固有频率实验值与有限元数值模拟值吻合较好,具有较高的精度。该振动实验系统可用于土木工程中梁振动、模态分析等课程的实践教学,也可用于梁振动基础理论的研究。通过一定的设置,也可以实现随机振动实验。     

基于振动台试验的基覆型边坡损伤演化规律与快速识别方法研究

以位于鲜水河构造带附近某边坡为原型,基于相似理论建立基覆型边坡模型并进行大型振动台试验,分析基覆型边坡表面和内部的峰值加速度(PGA)演化规律。研究发现,地震作用下PGA具有明显的趋表效应和高程效应,但输入PGA为0.7g时,堆积体和软弱夹层的PGA、PGA放大系数均有明显降低,揭示了地震作用下基覆型边坡损伤演化规律。在此基础上,利用传递函数理论,提出基于频响函数相关系数和函数幅值的基覆型边坡损伤快速识别方法,结果表明,前者计算快捷,能够量化反映各点损伤程度,为震后基覆型边坡抗震加固提供参考;后者能识别堆积体在地震作用下由损伤到即将破坏的特征信号,从而为边坡稳定性的监测预警提供帮助。