潮间带土在吊装荷载下的动力性质

对取自如东潮间带的原状土样进行了一系列模拟施工吊装动载的应变控制和载荷控制动三轴试验,得到了土样在动载作用下的应力、应变和孔压随时间的变化关系,并对此种潮间带地基土的动力特性和液化可能性进行了分析,最后针对现场施工方法提出了一些建议。     

潮间带土在吊装荷载下的动力性质

对取自如东潮间带的原状土样进行了一系列模拟施工吊装动载的应变控制和载荷控制动三轴试验,得到了土样在动载作用下的应力、应变和孔压随时间的变化关系,并对此种潮间带地基土的动力特性和液化可能性进行了分析,最后针对现场施工方法提出了一些建议。     

通过群桩-土-偏心结构振动台试验分析群桩与地基的响应

通过对群桩-土-偏心结构相互作用体系振动台试验,分析了结构偏心效应对相互作用体系自振特性、地基振动和桩基变形的影响规律。试验结果表明:地基土的加入使得相互作用体系前两阶自振频率相差增大,平扭振动耦联程度降低,体系阻尼比明显增加;结构偏心效应增大了角桩的加速度响应,高出同深度边桩测点10～15%,桩身振动频率特性较场地土有明显差别;角桩变形幅度较边桩更为突出,桩长范围内角桩应变峰值始终大于边桩测点,两者相差在桩顶附近达到最大;桩间土承担了部分扭转效应,角桩较边桩应变增幅约为对应位置筏板位移增幅的一半;土的动力放大特性与以往研究规律相近,结构偏心效应对地基整体振动产生的影响不很明显;桩土界面动力响应与筏板平动位移时程相对应,且随深度的增加而逐步增大。     

土-结构相互作用问题中的放大效应研究

在土-结构动力相互作用问题的研究中,当土层与结构的自振频率相接近时,可能会出现类共振,对此进行了土-框架结构相互作用的振动台试验,将试验结果与刚性地基情况进行对比,选取的指标包括加速度、层间位移及应变峰值。结果表明:考虑土-结构相互作用的影响后,加速度、层间位移和框架应变均较刚性地基时有大幅的增加,应变峰值比最大可达到7倍,加速度峰值比最大可达5倍多,而位移峰值比最大约3倍左右。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式（两者之差即为加固区压缩变形量）。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

西安地区典型土动剪切模量比和阻尼比的统计研究

利用西安市地震小区划项目中的大量典型土样动三轴试验结果,采用双曲线模型拟合得到了西安地区粉质粘土、粉土、砂土和卵砾土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化关系,给出了西安地区上述4种主要土壤类型在8个典型应变下的动参数值。所提结果对研究西安地区地基振动反应和场地地震安全性评价等工作具有参考和借鉴作用。     

UH模型有限元程序中初始超固结比的确定方法

不排水抗剪强度与初始超固结比OCR的关系可以由三轴压缩状态下的不排水抗剪强度公式表示。首先根据该公式由强度试验数据计算土体各点OCR与其深度的关系式;然后将该关系式引入到UH模型有限元程序中;最后应用UH模型的有限元程序分别对考虑OCR随深度变化和OCR为1的不排水地基进行了数值分析,并对两种情况下的载荷-沉降曲线、随时间变化的地基表面沉降、随时间变化的结点剪应变、体应变和孔压曲线作了比较。分析可知:采用OCR随深度变化的UH模型的有限元程序能够合理考虑地基土体实际的超固结比,在非均质不排水地基的有限元分析中是有必要的。     

处于海洋环境的桩柱在瑞利波作用下的响应

本文以一海洋深水环境桩柱为例,考虑到海洋地基为两相饱和土介质,基于Biot两相饱和多孔介质理论,通过数值算例分析了饱和介质中瑞利波加速度、位移分布规律并与单相弹性介质地基条件下进行了对比,结果表明,瑞利波主要作用于地表附近且振动幅度随深度衰减很快,饱和地基下的瑞利波影响深度要大于单相弹性地基,在瑞利波地震作用下,考虑两相饱和介质下的桩柱位移响应大于单相弹性介质地基。并且由于桩柱处海洋深水环境,本文对环境水体对桩柱振动响应的影响进行了研究,结果表明,流固耦合效应可明显降低桩柱运动响应,在海洋深水环境地震响应分析时,有必要考虑饱和地基以及流固耦合效应对桩柱运动响应的影响。     

土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台试验——试验结果分析

在进行土-地铁隧道动力相互作用的大型振动台模型试验中,分别测出了模型地基的加速度反应、隧道结构的加速度反应、结构的侧向土压力反应和隧道结构的应变反应。本文首先对模型体系的加速度反应实测值进行整理,分析了模型地基的边界模拟效果、模型地基和隧道结构的加速度反应规律。其次,对模型隧道结构的应变实测结果进行了分析,给出了地铁区间隧道在水平向地震动作用下横截面的应变分布规律,分析了模型箱侧壁与地基土以及隧道结构与土体接触面上的动土压力实测结果及其反应的规律。最后,对试验中模型土的液化现象、地震裂缝和地下结构上浮等震害现象进行了描述。     

不同场地条件下非规则截面地铁地下车站结构地震反应特性研究

我国大型城市轨道交通地下结构建设处于蓬勃发展时期,建设场地条件日趋复杂,车站结构形式也复杂多样,呈现不规则特征。近年的地震灾害现象表明,地下结构在强地震作用下可能会出现严重的震害及次生灾害,城市大型地下结构工程的抗震安全性已成为倍受关注的社会问题之一。因此,研究不良地质条件下不规则地下结构的地震安全性具有重要的学术意义与工程应用价值。本文以苏州星海站的不规则(上层五跨下层三跨)地铁地下车站结构和场地条件为原型,分别采用模拟地震振动台试验和数值模拟方法开展研究,探讨饱和砂土地基和软弱粘土地基中非规则截面地铁地下车站结构的地震反应特性及损伤机理。为满足振动台试验中多种类型物理量的有效测试,采用了分布式柔性孔压传感链测试技术,阵列式位移计(SAA)测试技术,并基于机器视觉研发的非接触性动态位移测试技术实现地下结构灾变过程的可视化及数据化。论文的主要工作和成果如下:(1)将阵列式位移计(SAA)首次应用于地基土-地铁车站结构大型振动台系列模型试验中,实现土体变形的测量,并与基于机器视觉研发的非接触性动态位移测试结果相比较,表明采用SAA可较好地测试地震荷载作用下土体的位移响应;研发了分布式柔性孔压传感链测试技术,可以有效解决振动过程中传感器与土体惯性力不同而产生的自身摇摆、移位等问题。形成了地基土-地铁地下结构体系地震损伤与破坏时空演化过程的大型振动台试验可视化及数据化试验技术,可展现非规则截面地下结构的变形模式。(2)将研发的测试技术应用于大型振动台模型试验,开展了可液化地基和软弱粘土地基中非规则截面(上层五跨下层三跨)地铁地下车站结构的地震反应特性研究,给出了模型地基-结构体系加速度、变形、震陷特性,模型地基土与结构接触动土压力反应,模型结构动应变特性以及可液化地基土孔压反应及空间效应等,揭示了不良工程地质条件下地铁车站结构地震灾变特性和破坏机理。(3)对完成的不同场地条件下地铁地下车站结构的振动台系列试验结果进行对比分析,包括地铁车站模型结构周围地基土的加速度反应规律、地表震陷特征,模型地基土与结构接触动土压力反应特性,非规则截面地铁车站模型结构的加速度、侧向位移和动应变的反应规律等,得出了不同场地中非规则截面地铁地下结构地震反应特性的差异性。(4)基于有限元软件ABAQUS计算平台,形成了地基土-地下结构体系成套数值分析流程,开展了软弱场地中非规则截面地铁地下车站结构振动台试验的数值模拟,并与振动台模型试验结果进行了比较,验证了该数值分析方法的可行性和有效性。在此基础上,对复杂环境下足尺非规则截面地铁地下车站结构进行了数值模拟计算,给出了其地震反应特性。     

不同应力水平下结构性黏土动力特性试验研究

对天津滨海地区典型结构性软黏土进行了压缩试验和不同固结应力下的循环三轴试验。结果表明:结构性软黏土的静力变形特性以先期固结应力和结构屈服应力为分界点可分为3个阶段;不同固结应力下的动应变-振次关系曲线上存在着一个临界动应力比,且该值随着围压的增大而降低;孔隙水压力的变化以结构屈服应力为转折点呈现出不同的变化规律;当振动频率为2Hz时固结应力的改变对轴向动应变的影响不明显。     

不同应力分量耦合模式下天津滨海饱和黏性土变形特性研究

地基土单元体在地震荷载作用下将产生主应力轴连续旋转,不同的应力耦合模式对土的强度、孔压以及变形等特性影响显著。利用GCTS空心圆柱扭剪仪,对天津滨海软土场地饱和黏性土进行K0固结下的不同应力耦合模式的循环剪切试验。着重对比相同应力路径下竖向和扭剪双向耦合加载模式,内外围压和扭剪的三向耦合加载模式以内外围压、竖向和扭剪的四向耦合加载模式条件下饱和黏性土的变形特性、循环软化特性。试验结果表明:在相同的动强度下,四向耦合应力模式更容易破坏且变形特性以及软化特性较双向、三向耦合下发展更加迅速;剪应力分量对试样软化变形特性的影响更加显著。     

软土地基核电厂房动力响应振动台试验

为了分析软土地基－筏基础核电厂房结构地震反应规律和特征,利用地震模拟振动台开展了软土地基－筏基础－核电厂房动力相互作用问题的试验研究。分别进行了表面水平土体模型和表面凹陷土体模型的运动相互作用试验、地基土－筏基础－核电厂房振动台相互作用试验、核电厂房直接固定在振动台面上的刚性基底振动台试验。试验采用圆形叠层剪切模型箱,地基土模型为某工程场地的均匀粉质粘土,其剪切波速为213 m/s;核电厂房简化为3层框架剪力墙结构模型。试验输入波形为美国核电规范常用的RG1.60反应谱合成得到的人工地震动时程。振动台试验结果对比分析表明:土－结构体系中系统的振动周期和阻尼明显大于刚性基底下结构的振动周期和阻尼;相同地震作用下在土－结构动力相互作用体系中结构加速度明显小于刚性基底下的结构加速度反应;而位移明显大于刚性基底下结构的位移。本文的研究成果可为软土地基建立核岛厂房的适应研究提供参考。     

沿深度强度增加软土中吸力锚循环承载力模型试验

采用分层底部真空预压技术,在模型试验箱内制备强度沿深度增加的模型试验土层;进而利用自行开发的电动伺服加载装置,在荷载控制方式下,针对水平破坏模式,进行两种直径的吸力锚在最佳系泊点受倾斜方向静荷载与循环荷载共同作用下的承载力模型试验。试验结果表明,循环荷载作用过程中锚的循环变形没有明显增加,导致锚破坏的是循环累积变形。强度沿深度增加软土和均一强度软土中吸力锚循环承载力的相对变化规律一致,当循环破坏次数为100时,循环承载力是静承载力的90%左右;当循环破坏次数增加至2 000时,循环承载力减小至静承载力的70%左右。锚径的变化只影响循环承载力的大小,不影响其相对变化。强度沿深度增加土层中的吸力锚,其循环荷载下竖向阻力弱化程度大于水平阻力弱化程度,这与均一强度土层中吸力锚受循环荷载作用时的性态一致。     

Displacement solutions for dynamic loads in transversely-isotropic stratified media

Solutions for the displacements caused by dynamic loads in a viscoelastic transversely-isotropic medium are derived. The medium extends horizontally to infinity, but is bounded below by a rigid base. Stratification of the medium presents no difficulties. The medium is discretized in the vertical direction only; discretization in the horizontal direction is obviated by use of analytical solutions to the equations of motion. Application of the displacement solutions to soil-structure interaction is illustrated. A soil flexibility matrix (and hence, a stiffness matrix) for a surface foundation follows directly from the displacement solutions. A simple modification to obtain the soil stiffness for an embedded foundation of arbitrary geometry is described. Stiffnesses of rigid surface and embedded foundations are computed and compared with previously published results. In addition, the dynamic stiffness of a rigid surface foundation on a soil layer with linearly increasing shear modulus is compared to that for a homogeneous soil layer. A reduction in radiation damping is found to result from the inhomogeneity.     

土工三轴试验方法-静动耦合试验

尝试了一种新的土工三轴试验方法,即在一个试样同时得到与土体静动变形和强度特性相关的各种参数。文中讨论了采用耦合试验方法时应变循环大小对静力变形和强度特性的影响;并通过与常规试验结果的比较,给出了等效弹性模量、等效阻尼比和动永久应变等动力变形参数的试验结果。试验结果表明：采用耦合试验复杂加载方式,能够更深入地研究土体的静、动变形和强度特性,尤其在复杂应力条件下的动力变形特性方面。     

饱和黄土液化判别方法的两点发现

黄土液化实例多与现有可液化土地质年代规定不符。采用动三轴弯曲元试验设备对原状黄土饱和过程进行剪切波速跟踪测试,发现黄土浸水、结构先破坏再固结形成新的稳定结构的特点,证明经历过饱和的黄土已不能再视其为饱和前的地质年代。兰州马兰黄土中的黏粒有些是以黏土团块的形式存在,而黏土团块并不影响其他部分粉质土的液化,因此对于此类土应用黏粒含量进行液化判别时,应考虑将黏土团块不计入黏粒含量。     

循环荷载对上海软土动力特性影响规律的试验研究

为研究上海第4层软土在循环荷载作用下的动力特性变化规律,采用原状土进行室内动三轴试验,分析不同动应力比和频率对上海第4层软土动强度的影响。试验结果表明:对于上海第4层软土,其剪切模量与应变关系曲线几乎不受动应力比和频率的影响;剪切模量的下降主要发生在应变0~1%阶段;由于应变速率效应的影响,高频率时试样破环所需的循环次数要大于低频率时;动应力比达到0.2时土样才发生破坏;在土的不同应变阶段,频率对应变增幅的影响效果不同。     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

Natural and accidental torsion in one‐storey structures on elastic foundation under non‐vertically incident SH‐waves

Factors α and β used in equivalent static analysis to account for natural and accidental torsion are evaluated with consideration of soil–structure interaction. The combined torsional effects of structural asymmetry and foundation rotation are examined with reference to a single monosymmetric structure placed on a rigid foundation that is embedded into an elastic half‐space, under to the action of non‐vertically incident SH waves. Dynamic and accidental eccentricities are developed such that when used together with the code‐specified base shear, the resulting static displacement at the flexible edge of the building is identical to that computed from dynamic analysis. It is shown that these eccentricities do not have a unique definition because they depend on both the selection of the design base shear and the criterion used for separation of the torsional effects of foundation rotation from those of structural asymmetry. Selected numerical results are presented in terms of dimensionless parameters for their general application, using a set of appropriate earthquake motions for ensuring generality of conclusions. The practical significance of this information for code‐designed buildings is elucidated. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.