超深厚覆盖层中深埋细粒土动力变形和强度特性三轴试验研究

土石坝（超）深厚覆盖层中的深埋细粒土难以完全挖除（换填）,其在地震作用下的动力变形特性和强度特性是科研设计人员关注的问题。本文进行某大型土石坝工程超深厚覆盖层地基中的深埋粉砂层土动力特性三轴试验,研究其在地震荷载作用下的动力变形与强度特性,并为大坝—地基系统动力分析和抗震设计提供基础资料。研究表明：试验土料最大动剪模量和平均有效应力在双对数坐标中呈良好的线性关系,不同围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线可以采用参考剪应变的方式进行归一,可用试验确定特定围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线外延推求任意围压力条件下的相应曲线;试验土料在地震荷载作用下的动强度特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,当土体处在不等向固结状态时,不同动力破坏标准下确定的土体动强度特性参数差异较大。     

深厚覆盖层上心墙堆石坝强震动力响应分析

土石坝由于施工便捷、取材方便,是目前我国西部比较常见的一种坝型。但西部地区地震活动频繁且烈度较高,特别是一些土石坝坝基下存在深厚覆盖层,对土石坝的地震动力响应有重要影响。采用黏弹性模型-等效线性化方法对国内某拟建土石坝进行三维动力响应分析。考虑到实际土石坝坝体是不完全排水的,将根据经验公式得到的残余体变分成两部分,一部分转化为残余孔压,另一部分为产生的残余变形。根据有限元计算结果,分析在坝基深厚覆盖层影响下坝体残余变形、加速度响应、残余孔压等动力反应的特征和分布规律。计算结果符合一般规律,说明本文采用的计算方法适用于含深厚覆盖层心墙堆石坝的静动力分析。     

基于非线性剪切梁方法的堤防液化判别分析研究

很多河流的堤防工程修建在人口密集地区,失事后往往会造成严重后果,尤其是细粒土填筑而成的堤防,在地震作用下存在液化破坏的可能。采用合理方法对堤防进行液化判别,确定其在地震作用下的动力稳定性十分必要。针对某实际堤防工程,进行五种拟用筑堤土料动力特性试验研究,并基于试验成果,采用能够考虑地基-堤身相互作用的非线性剪切梁方法,对堤防的液化可能性进行判别。研究表明:提出的非线性剪切梁方法能够考虑地基和堤身间的相互作用,且简单实用、可操作性强;土体的相对密度、空隙比和颗粒粒径大小及其他粒分布特性对其抗地震液化能力影响较大;在设定运行工况下,Ⅷ度地震时除拟选粉质壤土外,其他四种土筑堤均有发生液化的可能,选用粉质壤土筑堤较合适。     

黏粒含量对粉土液化后特性影响的试验研究

设计了分析粉土液化后单调荷载下剪切强度的三轴试验。对粉土施加动荷载使其发生液化后,在不排水条件下施加单调静荷载,直至土体达到强度稳定停止试验。试验结果表明,不同初始有效固结压力、初始孔隙比对液化后土体不排水剪切强度影响较大;液化后粉土表现出明显的剪胀特性,颗粒结构重组,孔压在不排水条件下逐渐消散,土体强度则逐渐增加并最终趋于某一稳定值;剪切强度与初始有效固结压力呈线性关系;孔隙比越小,其液化后剪切强度越大。     

深厚黄土覆盖层上土石坝地震响应特性分析

采用非线性有限单元法和笔者曾提出的动孔压试验曲线法,对某深厚黄土覆盖层上土石坝进行了有效应力法地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和动应力等动力响应及动孔隙水压力分布情况。分析结果表明,在现有设计条件下,由于坝基软弱黄土覆盖层较厚,大坝在7度地震作用下地震响应不强烈,但坝基黄土覆盖层会出现液化情况,需采取相应的抗液化工程措施。     

软土等向固结与K0固结条件下的三轴试验研究

对某软土重塑样分别进行等向固结和K0固结条件下的三轴试验,研究了不同固结条件、不同围压下软土的强度和应力应变特性,并对试验结果进行了分析和对比。结果表明：低围压下,等向固结三轴压缩试验和K0固结三轴压缩试验土样破坏时的主应力差差别不大,随着围压增大,K0固结条件下试验土体的主应力差要明显大于等向固结条件下的试验土体;与等向固结相比,K0固结条件下的土体粘聚力c值减小,而内摩擦角增大;土体呈现剪缩特性。运用等向固结三轴压缩试验确定的邓肯模型参数模拟K0固结条件下土体的试验曲线,吻合较好,初步验证了邓肯模型参数对K0固结土体的适用性。     

深厚覆盖层上某核电护岸结构地震响应及稳定性分析

以某深厚覆盖层上核电护岸工程为研究对象,介绍了护岸抗震稳定分析的原理和分析方法。采用等价线性法对代表性断面进行有限元动力时程分析,得到SL1和SL2地震动作用下护岸结构的加速度响应、安全系数、液化区分布状况以及震后残余变形。通过分析地基不同土层交界面加速度响应变化来研究深厚覆盖层对加速度峰值的动力放大效应影响。     

高土石坝振动台模型试验理论、技术与应用

对土石坝振动台模型试验理论和技术进行系统阐述,提出基于原型和模型坝料静、动力特性试验的模型相似设计方法和不同强度地震动递进输入(白噪声微振-设计地震-校核地震-破坏试验)的振动试验方法。基于1g大型振动台和ng超重力离心机振动台设备性能现状,结合高土石坝的结构特点和动力试验相似模拟要求,对土石坝振动台模型试验的优势及局限进行深入讨论。结合已有的工程实践,对土石坝振动台模型试验在工程中的应用进行总结,并以某实际高面板堆石坝为例研究面板坝生命周期内经历多次地震情况下结构动力特性的演化规律。     

粗粒料湿化变形数值模拟研究

粗粒料湿化变形特性对土石坝静力稳定有着显著影响。目前开展的三轴试验和直剪试验研究,一般只能进行干样和饱和样的试验,而对于非饱和情况研究较少。基于粗粒料不同围压下湿化变形试验研究成果开展数值模拟研究,结果表明：湿化变形的影响可以通过改变细观剪切模量和细观摩擦系数来实现;随着颗粒破碎随饱和度和围压的增加,湿化后粗粒料的强度低、内聚力降低,但摩擦角变化不大。     

大连临空产业园填海造地工程砂土残余变形试验研究

采用中国地震局工程力学研究所研制的DSZ-Ⅰ型电磁振动三轴仪对大连临空产业园工程场地的土样（浅层砂和深层砂）进行动力特性试验,研究两种砂土在复杂应力状态下的动力残余变形特性。试验结果表明：残余体应变和残余剪应变都随着动应力比和围压的提高而增大,动应力比和围压的影响对残余体应变和残余剪应变的影响规律是一样的;残余体应变随着固结比的提高而减小,而残余剪应变随着固结比的提高而增大,残余体应变的固结比对于试验结果与拟合结果的影响较大,而残余剪应变固结比对于试验结果与拟合结果的影响较小;残余体应变和残余剪应变的Cvr与动应变幅值较好满足线性关系,离散性非常小,而Cdr/S21与动应变幅值关系的离散性则比较大。并给出了地基震陷分析所需的沈珠江模型参数。研究成果可为大连临空产业园填海造地工程抗震设计和地基震陷变形分析提供依据,也可作为其它类似填海造地工程的设计参考。     

Seismic performance analysis of underground structures based on random field model of soil mechanical parameters

Soils with spatial variability are the product of natural history. The mechanical properties tested by soil samples from boreholes in the same soil layer may be different. Underground structure service in surrounding soils, their seismic response is controlled by the deformation of the surrounding soils. The variability of soil mechanical parameters was not considered in the current research on the seismic response of underground structures. Therefore, a random field model was established to describe the spatial variability of surrounding soils based on the random field theory. Then the seismic response of underground structures in the random field was simulated based on the time-domain explicit global FEM analysis, and the soil mechanical parameters and earthquake intensity influencing the seismic response of surrounding soils and underground structures were studied. Numerical results presented that, the randomness of soil parameters does not change the plastic deformation mode of surrounding soils significantly. The variation coefficients of inter-story deformation of structures and lateral deformation of columns are much smaller than that of mechanical parameters, and the randomness of soil parameters has no obvious effect on the structural deformation response.     

龙头山集镇局部场地地震动效应分析

依据龙头山集镇6个典型场地上的钻探资料及土体的动力非线性特性试验数据,分别建立了相应场地的地震反应分析模型。以幅值折半的龙头山镇强震动台站（053LLT）东西向主震加速度记录作为入射地震动,采用一维土层地震反应分析等效线性化方法计算了场地地震反应,讨论了近地表覆盖土层结构对地震动加速度峰值及反应谱的影响,并对场地效应与震害的关系进行了分析。      

黄土生土建筑震害预测研究

通过对黄土地区生土建筑民房的现场调查和测试，分析了各种类型生土建筑的结构特点和自振特性，归纳总结了影响生土建筑震害的主要因素和目前存在的主要问题，在此基础上提出了生土建筑震害预测方法，并给出了初步预测结果。     

超强地震作用下深厚覆盖层场地重力坝抗震安全研究

本文通过成层状地基地震动输入计算方法得到覆盖层边界自由场运动,采用粘弹性边界,考虑地基辐射阻尼效应及坝体和地基的接触非线性,针对强震区深厚覆盖层场地重力坝开展线性和非线性动力时程分析研究,结合需求能力比DCR评估其抗震性能.由线弹性动力时程分析可知,在运行基准地震OBE作用下,重力坝坝体应力均在允许范围内,其抗滑稳定安...     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

远震作用下软弱土层的震害影响

软弱土层在地震作用下,容易发生水平永久变形和不均匀沉陷,是发生震害的主要因素之一。特别是在远震作用下,软弱土层地区的破坏烈度高于其他较坚硬岩土地区,软弱土层上部的中高层建筑物和构筑物更易遭受破坏。通过回顾和分析1994年9月16日台湾海峡7.3级地震在汕头市的地震反应特征及震害影响,指出应加强软弱土层地区的工程抗震设计,提高防灾抗震能力。     

汶川地震砾性土液化场地特征解析

通过成都平原砾性土场地勘察测试,研究汶川地震中大量砾性土液化场地的基本特性,找出一般规律,对砾性土场地液化发生主客观原因提出解释,并修正以往若干认识偏差.分析表明:汶川地震液化砾性土层粒径范围宽,含砾量5%~85%甚至更大,同时其实测剪切波速140~270 m·s~(-1),修正剪切波速160~314 m·s~(-1),都远超历史记录;液化砾性土场地1/2集中在Ⅷ度区内,表明如砂土层液化一样,砾性土场地大规模液化需要较强地震动触发,但超过触发强度后液化规模增长均有限;成都平原浅表地层二元基本结构是汶川地震中出现大量砾性土场地的客观条件之一,该结构可使饱和砾性土层处于封闭状态,构成了砾性土液化的基本条件;虽然液化砾性土层剪切波速很高,但实际上大多松散状态,是此次地震大量砾性土场地发生液化的客观条件之二;地震中地表(井中)喷出物与地下实际液化土类大相径庭,且液化层埋深大多小于6.0 m,以往以地表喷出物反推地下液化层土性类型的做法不再成立;认为砾性土层波速大、透水性好而不会液化的传统认识也不再成立,但砾性土层液化条件与砂土层液化条件不同,前者要求更高.     

1920年海原地震滑坡密集区的地震动场地效应研究

地震动作为引起地震灾害的原动力,常常通过造成建筑物倒塌、山体滑坡等形式引起大量人员伤亡和财产损失。1920年海原8½级地震,在震中距80 km远的西吉—静宁交界的黄土丘陵区引发了大量的山体滑坡,并造成重大人员伤亡和财产损失。在分析海原地震高烈度区滑坡分布特征的基础上,通过场地调查和数值计算等方法,研究典型滑坡密集场地的地质条件及地震反应特征。研究表明起伏地形和黄土厚度不均等因素造成丘陵山体两侧地震反应的差异,从而导致地震滑坡在斜坡土体较厚的一侧成群连片发育。海原地震造成的滑坡密集区的地形地貌、岩土性质、土层结构等条件决定了该地区地震动随局部场地条件变化非常迅速,地层场地效应和地形场地效应联合作用加剧了斜坡地表的地震动放大作用,增加了触发地震滑坡的动力。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。     

相对密实度对随机波与定次数波作用下土体变形关系的影响

通过砂土的一系列动三轴实验,研究不规则地震荷载作用下与定次数等幅荷载作用下土体变形间的关系,给出砂土相对密实度对二者间关系的影响规律。结果表明:真实地震荷载下土的变形发展与等幅正弦荷载明显不同,应变发展时程的形态主要受地震动的形态控制;应变比C与砂土相对密度间关系具有规律性,随相对密度增大而降低,若采用以20周作为标准作用次数、0.65倍地震波峰值为等幅荷载代替不规则的地震荷载,修正真实地震应力下的残余变形,其应变比C随砂土密实度的增大而减小。同时,冲击型荷载的应变比C`要远大于振动型荷载。