土-桩-钢结构相互作用体系的振动台模型试验

本项试验是研究土-结构相互作用对结构TLD减震控制影响的系列振动台模型试验的组成部分,主要目的是提供相应的对比试验数据。在这组试验中,突出的问题是TLD、上部被控结构和土层三个子系统模型基频间的协调。为了尽可能降低土层模型基频,文中采用了一种具有低剪切波速特性的土层模拟介质。最后,通过土-桩-钢结构系统的振动台模型试验,研究了土-结构相互作用对钢结构动力特性和地震反应的影响。     

地震作用下承台桩-土动力相互作用数值模拟分析

基于已开展的非液化场地-群桩基础-结构体系动力响应大型振动台模型试验,进行三维全时程动力数值模拟分析。采用修正的Davidenkov模型反映土体在地震反应过程中的模量衰减,通过“捆绑边界”模拟模型箱的层状剪切运动。通过对比试验中土-结构体系加速度响应时程、土体位移和桩基内力等,验证数值模型的有效性。利用已验证的数值模型,开展承台尺寸对桩-土-上部结构动力响应影响研究。结果表明,承台厚度的增大会导致上部结构和桩顶惯性效应减小;地震作用下沿激振方向前桩大于后桩,随着承台厚度的增大,前桩与后桩峰值弯矩差值率为16.1%～32.1%,群桩效应影响增大;随着承台厚度的增大,承台-土动土压力增大了3～6倍,承台与桩基水平荷载分担比增大,桩基弯矩反弯点位置上移了0.50 m;承台-土的相互摩擦作用会降低结构整体动力响应。     

土-箱形基石础-框架结构相互作用的顶部小幅激振试验研究

设计并完成了野外大比例(1:2)土-箱形基础-框架结构相互作用系统顶部小幅激振试验.通过改变上部结构质量和基础侧限埋深,激振试验得到了同一基础不同上部结构质量与同一上部结构不同基础侧限埋深等5种工况下相互作用对系统自振频率及箱形基础阻抗函数的影响.由试验结果分析可知,当上部结构质量增加时,上部结构与土体间的相对刚度降低,相互作用对系统自振频率的影响减弱;同时由于上部结构和基础间惯性相互作用的影响,基础阻抗函数随上部结构质量的增加而增加.随着基础侧限埋深的减小,基础刚度降低,相互作用体现得更加明显.与理论结果相比,无侧限埋深基础的平动和转动基础阻抗值和理论值吻合较好.由于基础侧边回填土剪切模量小于基础底部土体剪切模量,所以同理论值相比试验得到的基础侧限埋深对基础阻抗影响系数相对较小.     

土-箱形基础-框架结构相互作用的顶部小幅激振试验研究

设计并完成了野外大比例(1∶2)土-箱形基础-框架结构相互作用系统顶部小幅激振试验。通过改变上部结构质量和基础侧限埋深,激振试验得到了同一基础不同上部结构质量与同一上部结构不同基础侧限埋深等5种工况下相互作用对系统自振频率及箱形基础阻抗函数的影响。由试验结果分析可知,当上部结构质量增加时,上部结构与土体间的相对刚度降低,相互作用对系统自振频率的影响减弱;同时由于上部结构和基础间惯性相互作用的影响,基础阻抗函数随上部结构质量的增加而增加。随着基础侧限埋深的减小,基础刚度降低,相互作用体现得更加明显。与理论结果相比,无侧限埋深基础的平动和转动基础阻抗值和理论值吻合较好。由于基础侧边回填土剪切模量小于基础底部土体剪切模量,所以同理论值相比试验得到的基础侧限埋深对基础阻抗影响系数相对较小。     

单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究

由于仪器水平的限制,关于土体的动力特性的研究目前多采用单向激振方式替代双向激振方式。而这两种激振方式在试验原理方面存在明显不同。很多研究表明,应力路径对土的响应有着不可忽视的影响,这两种方式相替代的合理性尚待证明。本文利用DSC2000多功能动三轴试验系统,选取尾矿砂分别在单向及双向振动条件下进行一系列饱和土的动力特性试验,对比两种激振方式作用下土体的滞回曲线以及骨干曲线的差异,分析土体在这两种振动方式下产生差异的原因,并应用双曲线模型对骨干曲线进行拟合,最后给出在进行土体变形特性试验时以单向激振方式替代双向激振方式的适用条件。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

土-结构动力相互作用结构自振周期的研究

土与结构动力相互作用(简称SSI)存在于大多数的建筑物,在普通结构设计中,并没有考虑SSI,这和缺少一种简单有效的计算方法有关.通过调整结构的自振周期,可以很好地考虑SSI,实际情况是,一般的计算方法都偏于保守,计算结果与实测结果的误差离散性比较大.土是非线性很强的材料,结构振动过大,土容易进入非线性状态,使得计算变得复杂.找出由于土的非线性导致结构自振周期的增大的规律,对于实际工程很有意义.本文通过对刚性基础与土槽中柔性地基上的钢框架模型进行激振,分别测得上部结构在不同刚度以及不同激振加速度时的结构自振周期.并根据实验结果,拟合结构自振周期与激振加速度、上部结构与地基相对刚度比的关系.通过拟合后的公式对两个文献中的试验模型的自振周期进行计算,结果显示,本文拟合的公式能很好的考虑土的非线性,有效地减少简化模型计算与实测的差别.     

成岩过程对五峰-龙马溪组页岩地震岩石物理特征的影响

五峰-龙马溪组页岩是目前国内页岩气勘探的首选层位,而其地震岩石物理特征是利用地震方法进行"甜点"预测的重要基础之一,但对五峰-龙马溪组页岩地震弹性特征变化规律的研究并未考虑沉积、成岩过程的影响,致使相应的规律性认识缺乏地质意义.在对五峰-龙马溪组页岩样品系统声学测量基础上,分析了页岩样品地震弹性性质的变化规律.利用X射线衍射分析、扫描电镜（SEM）、阴极发光（CL）与能谱分析确定了五峰-龙马溪组页岩在不同沉积环境下的成岩过程,并讨论了成岩过程与地震弹性性质变化规律的因果关系.研究结果表明,页岩中有机质（TOC）受高热演化程度的影响,其密度通常高于1.4 g·cm^-3,并接近于有机碳密度上限1.6 g·cm^-3（石墨密度）.五峰-龙马溪组页岩地震弹性性质变化规律整体受沉积环境控制,沉积环境的差异形成不同的成岩过程,致使地震弹性特征也表现出不同的变化规律.表现在五峰-龙马溪页岩样品动态岩石物理特征主要受岩石结构控制（支撑颗粒弹性性质）,而孔隙度、TOC含量以及孔隙形状则为对地震弹性特征影响的次一级因素.五峰-龙马溪组页岩上段为浅水陆棚相,机械压实与化学压实（硅质胶结）为先后两个过程,造成样品表现出高的速度-孔隙度变化率、高速度比（泊松比）、高各向异性以及低TOC含量的特征.五峰-龙马溪组页岩下段为深水陆棚相,机械压实过程中同时伴有生物成因的硅质胶结,造成岩石样品表现出较高TOC含量与孔隙度、各向异性较弱以及较小的速度-孔隙度变化率.研究结果可为五峰-龙马溪页气储层的测井解释和地震"甜点"预测提供依据.     

干密度对击实黄土震陷性影响的试验研究

干密度是表征黄土地基振密、挤密处理后土体紧密程度的一个重要物理指标。本文通过对不同干密度的非饱和击实土样的震陷试验,研究了干密度对击实黄土震陷性的定量影响规律,建立了击实黄土的震陷曲线方程,得到了不同振次下干密度与震陷系数的定量关系。文中提出了由干密度算不同振次和任一动应力下击实黄土震陷系数的经验公式,并为黄土地基抗震陷处理初步提供了干密度波速、标贯和孔隙比等方面的标准。     

考虑水流-结构强耦合作用的水流动力效应分析

在深水桥墩及桩基础等结构地震反应中,地震激励下的水流动水压力对水中结构的作用以及结构位形变化对水体的反作用,属于典型的流固强界面耦合问题。以一顶端伸出水面的圆柱式结构为研究对象,基于任意拉格朗日-欧拉描述的Navier-stokes方程,建立了考虑水流-结构强耦合效应的水流-结构三维有限元模型。以正弦位移波输入,考察结构材料模量、水流流速和水位、激振频率和位移幅值等多种因素,分析了结构表面作用的动水压力反应特征以及水流动力效应,探讨了水流动力效应的主要影响因素。结果表明：考虑流固强耦合作用时,结构表面作用的动水压力及其分布具有强烈的频率依赖性,高频激励可显著增强动水压力作用;由于结构周围流体具有一定的粘滞性及动载作用下具有较强的辐射阻尼效应,水流动力效应对结构的位移、内力反应均有一定的抑制作用;激振频率、水流流速和水位以及结构材料模量等因素,对水流动力效应均有一定的影响。     

大厚度黄土地区单击夯击能影响强夯加固效果的试验研究

针对黄土丘陵地区高填方下大厚度黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出6 000、8 000、10 000、12 000 kN·m能级条件下强夯加固的夯点中心距、击数、有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,加固后黄土的孔隙比、干密度和湿陷系数可作为强夯加固效果的评价指标;强夯处理后地基土的物理力学指标在满足设计要求时其下限深度即为有效处理深度;在湿陷性大厚度黄土地区,以夯点土和夯间土湿陷性均消除的地基土下限深度可作为有效处理深度。     

膨胀土地区机场跑道的地基处理研究

为解决在膨胀土山区修建机场时跑道地基处理的问题,以安康地区膨胀土为研究对象,在对现行石灰改良膨胀土施工控制参数常用方法分析的基础上,进行膨胀土及石灰改良膨胀土的膨胀性能和强度的相关试验。研究结果表明:随着石灰掺量的增加,最优含水率增大,最大干密度减小,胀缩潜势呈降低趋势,石灰掺量与最大干密度呈非线性关系,在石灰掺量达到9%时有荷膨胀率变化的规律性很强;相同石灰掺量改良土的CBR与击实功、含水量等因素有关,并不随着压实系数增加而增大。掺加石灰的比例对石灰改良膨胀土的强度增长影响较大,石灰掺量9%时的CBR值明显大于其他掺量;相同压实系数下石灰掺量3%和6%改良膨胀土的压缩性比较接近,石灰掺量增加到9%时其压缩性明显降低。结合试验结果,提出用石灰改良膨胀土对跑道进行地基处理,并以膨胀性指标作为主要控制指标、强度指标作为验证指标来确定施工参数。     

城市软土地基组合锤法强夯施工振动效应研究

为研究组合锤法强夯振动对周边场地环境的影响,对南昌市某软土地基进行现场原位试验.考虑距强夯点的距离、振动方向及锤击次数的影响,在各监测点分别布置水平东西、南北向和竖向振动传感器.结果表明:采用组合锤法进行地基强夯施工时,场地竖向振动是需重点监测的内容,振动响应随监测点与强夯点距离的增大而减小;距强夯点50 m范围处地面...     

湿陷性黄土层桩基侧摩阻力的试验研究

本文依托西安市东北二环立交工程实际,通过现场黄土层浸水试验以及桩基静载试验,研究在湿陷性黄土层中桩基侧摩阻力和桩端阻力的发挥情况、桩基负摩阻力取值问题及桩周土的沉降变化情况,并分析了其实验结果。在总结国内工程界多次试验结果的基础上,给出了湿陷性黄土层负摩阻取值的科学合理方法及应考虑的因素,并分析了影响负摩阻大小取值的因素和引起桩周土沉降差异的因素。研究结果表明：①本工程桩基提供负摩阻力段控制在3～9 m之间,取值建议为-2.0～-5.0 kPa;②桩基上的负摩阻值与特定桩长和地质环境有关,同时与湿陷下沉量及土的粘聚力大小也有关系。从而建议在西安平原地区,黄土层较小时（桩长20 m以上,湿陷层5 m以内）,可不考虑湿陷性对桩基承栽力的影响。本次试验为未来工程实践中湿陷性黄土层的沉降的研究及桩基负摩阻力的取值提供了参考依据和工程实践经验。     

断层土壤气CO2含量快速测定法关键问题探讨

为了提高断层土壤气CO2含量观测数据的映震效能,从测点选择、装置布设、观测方法、辅助测项4个方面对断层土壤气CO2含量快速测定法的关键问题做了全面研究,得出结论：（1）断层土壤气CO2含量测点应选择在活动断层破裂带上或紧邻破裂带的敏感地带,在测点选择时应结合地质资料和钻孔资料对预选址的地下岩石结构及其破裂程度进行研究或有效探测,不宜仅为了观测方便在现有地震台站随便选址;（2）断层土壤气CO2含量快速测定法的装置要尽可能布设得深人地下,至少应使测定孔深度超过地表以下0．5m,最好能够选择深人地表以下2．0m以上的深度,以尽量减少或不受地表生物层的影响,但在装置布设时也要充分考虑地下水位的变化情况;（3）在使用断层土壤气CO2含量快速测定法观测CO2含量变化的过程中应努力消除人为因素的影响,避免主观随意性,特别是应将CO2含量快速测定管放置到靠近测定孔的孔底位置,快速测定管底部开口应尽量保持一致且要使开口口径最大化,避免快速测定管触底;（4）测定孔内温度与断层土壤气CO2含量变化呈正相关,降雨量对断层土壤气CO2含量测值有负面的影响,同步进行测定孔内温度和降雨量辅助观测是必须的。鉴于气压变化与断层土壤气CO2含量变化有较强的负相关,建议在机理上进一步研究其影响,同时还应引入湿度作为断层土壤气CO2含量观测的辅助测项。     

Mechanical compaction and ultrasonic velocity of sands with different texture and mineralogical composition

This study presents the results of experimental compaction while measuring ultrasonic velocities of sands with different grain size, shape, sorting and mineralogy. Uniaxial mechanical compaction tests up to a maximum of 50 MPa effective stress were performed on 29 dry sand aggregates derived from eight different sands to measure the rock properties. A good agreement was found between the Gassmann saturated bulk moduli of dry and brine saturated tests of selected sands. Sand samples with poor sorting showed low initial porosity while sands with high grain angularity had high initial porosity. The sand compaction tests showed that at a given stress well‐sorted, coarse‐grained sands were more compressible and had higher velocities (Vp and Vs) than fine‐grained sands when the mineralogy was similar. This can be attributed to grain crushing, where coarser grains lead to high compressibility and large grain‐to‐grain contact areas result in high velocities. At medium to high stresses the angular coarse to medium grained sands (both sorted sands and un‐sorted whole sands) showed high compaction and velocities (Vp and Vs). The small grain‐to‐grain contact areas promote higher deformation at grain contacts, more crushing and increased porosity loss resulting in high velocities. Compaction and velocities (Vp and Vs) increased with decreasing sorting in sands. However, at the same porosity, the velocities in whole sands were slightly lower than in the well‐sorted sands indicating the presence of loose smaller grains in‐between the framework grains. Quartz‐poor sands (containing less than 55% quartz) showed higher velocities (Vp and Vs) compared to that of quartz‐rich sands. This could be the result of sintering and enlargement of grain contacts of ductile mineral grains in the quartz‐poor sands increasing the effective bulk and shear stiffness. Tests both from wet measurements and Gassmann brine substitution showed a decreasing Vp/Vs ratio with increasing effective stress. The quartz‐rich sands separated out towards the higher side of the Vp/Vs range. The Gassmann brine substituted Vp and Vs plotted against effective stress provide a measure of the expected velocity range to be found in these and similar sands during mechanical compaction. Deviations of actual well log data from experimental data may indicate uplift, the presence of hydrocarbon, overpressure and/or cementation. Data from this study may help to model velocity‐depth trends and to improve the characterization of reservoir sands from well log data in a low temperature (<80–100^o C) zone where compaction of sands is mostly mechanical.     

颗粒组成对粉土动强度的影响分析

以天津汉沽地区某挡土墙地基粉土为研究对象,首先对不同颗粒组成的粉土做固结不排水动三轴剪切试验,采用各向等压固结,周围压力等于100kPa。固结完成后在不排水条件下施加轴向激振力,试验波形为正弦波,振动频率1.0Hz,试验中以试样在周期剪切时轴向周期应变达到5%作为破坏标准,得出粉土的动强度受颗粒组成的影响。细颗粒含量越大,其动强度越小,黏粒含量为7.2%的粉土循环剪应力比CSR约为20.3%黏粒含量粉土的2倍。粉土的动强度可以用循环剪应力比和破坏振次建立的幂函数关系式较好地拟合。在剪切过程中,粉土的孔隙水压力一直没有达到所施加的围压数值,最终稳定在75%~85%围压之间。同时,试验还得出孔隙水压力的增长模式不能用统一的Seed模型拟合,孔压增长规律的影响因素较多。     

含砾黏土压实及强度特性的实验研究

采用室内重型击实实验对含砾黏土的压实特性进行分析,结合CT断层扫描研究材料整体干密度、最优含水率及黏土的压实程度与掺砾量、含水率等因素之间的关系。根据无侧限抗压强度实验结果,比较不同掺砾量和不同含水率下的无侧限抗压强度大小。结果表明:掺砾量较低时砾粒与黏土之间就已出现粒间空隙;含水率较高时,这些空隙及黏土孔隙中的水在击实过程中难以排出,同时水还阻碍了封闭气泡的逸出,造成黏土的压实效果明显降低;随着含砾量的增加砾粒逐渐起到骨架作用,减小了作用在黏土上的击实能量,也造成黏土的压实程度差于纯黏土。含砾黏土的无侧限抗压强度主要由黏土成分的密实程度控制,因而受到砾粒含量和含水率的影响,整体上随着含砾量的增加而降低,含水率较高时的下降幅度更明显。     

强夯振动加速度的量测及现场试验研究

结合延安新区强夯加固地基工程,进行强夯振动加速度测试现场试验。选取填方区场地,结合地形设计监测方案,以测试强夯波沿水平方向和斜坡的传播规律。在选定试验段的某级填方场地上布置多组加速度传感器,运用多个8通道24位高速采集卡记录强夯振动加速度在平面和斜坡的传播和衰减过程,探讨强夯振动波沿水平面和斜坡的传播规律以及能级对振动加速度的影响。结果表明:径向和竖向加速度值均随与夯点距离的增大而减小;在与夯击点距离相同处,强夯振动波沿水平方向传播的径向和竖向加速度值要大于沿斜坡方向;随着能级的增大,强夯产生的夯击波增强,在与夯击点相同距离处产生的径向和竖向加速度均明显增大。     

Intergrain contact density indices for granular mixes——Ⅰ: Framework

Mechanical behavior such as stress-strain response, shear strength, resistance to liquefaction, modulus, and shear wave velocity of granular mixes containing coarse and fine grains is dependent on intergrain contact density of the soil. The global void ratio e is a poor index of contact density for such soils. The contact density depends on void ratio, fine grain content (CF), size disparity between particles, and gradation among other factors. A simple analysis of a two-sized particle system with large size disparity is used to develop an understanding of the effects of CF , e, and gradation of coarse and fine grained soils in the soil mix on intergrain contact density. An equivalent intergranular void ratio (ec)eq is introduced as a useful intergrain contact density for soils at fines content of less than a threshold value CFth. Beyond this value, an equivalent interfine void ratio (ef)eq is introduced as a primary intergrain contact density index. At higher values of CF beyond a limiting value of fine grains content CFL, an interfine void ratio ef is introduced as the primary contact density index. Relevant equivalent relative density indices (Drc)eq and (Drf)eq are also presented. Experimental data show that these new indices correlate well with steady state strength, liquefaction resistance, and shear wave velocities of sands, silty sands, sandy silts, and gravelly sand mixes.