苗家坝面板堆石坝材料动力特性试验研究

在清华大学2 000 kN大型静/动三轴试验机上进行了苗家坝水电站砼面板堆石坝筑坝材料的大型三轴动力特性试验,包括动剪切模量与阻尼比试验、动残余变形特性试验、动强度试验等。基于试验结果分析了坝料的动力变形规律,为该工程的应力变形计算和设计施工提供了试验依据。     

饱和砂土地基中群桩侧向动力响应试验与数值模拟对比研究

可液化场地中桩基尤其是群桩的横向动力响应特性的研究,一直是国内外岩土地震工程领域关注的热点问题。由于桩-土-承台结构动力相互作用过程的复杂性,基于砂土-群桩-承台结构模型振动台试验,对饱和砂土中群桩侧向动力响应特性进行了分析。在此基础上,通过大型有限元软件OpenSees建立了三维模型,展开了数值模拟研究,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比研究。结果表明:在正弦波输入下,无论是干砂还是饱和砂土试验,群桩承台加速度和位移时程与模拟承台加速度和位移时程在曲线趋势和峰值上基本吻合;在El-Centro地震波输入下,干砂和饱和砂土的模拟承台加速度时程曲线峰值和趋势与试验的比较吻合,而承台位移时程曲线频率比试验要高,但承台位移峰值基本一致。     

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。     

强震动作用下土体非线性动力特征研究发展与展望

浅地表覆盖土层动力特性对地震动影响显著,软厚土层会明显改变地震动强度及频谱特性。由于观测数据匮乏,强震动作用下土体非线性动力特征研究长期以来均以室内试验为主,但在实验室中难以可靠地模拟实际地震历程中土体承受的加载路径、边界条件、排水条件等复杂因素。近二十年来竖向台阵（至少包含一个地表测点和一个井下基岩测点）记录数据大量增加,为土体非线性动力学研究提供了新的基础数据与发展机遇,使基于现场观测的土体非线性动力特征实证研究成为可能。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

考虑堆石料空间变异性的土石坝坝坡地震稳定性随机有限元分析

本文探讨了筑坝堆石料的空间变异性对土石坝坝坡动力稳定性的影响。以新疆某在建高面板堆石坝为例,在蒙特卡洛法的框架下,采用基于局部平均细分法的随机有限元法模拟考虑筑坝堆石料空间变异性时土石坝的地震响应及坝坡滑移情况,通过对比随机有限元法和常规确定性有限元法的计算结果,提出:在地震动作用下,考虑筑坝材料空间变异性时,坝坡滑动体的数量、规模以及滑移量和滑动历时都有不同程度的增大,因而坝坡整体危险程度显著高于不考虑材料空间变异性的情况。坝坡各项动力安全性指标对筑坝材料空间变异性非常敏感;因而,考虑筑坝材料空间变异性时,各项安全性指标的离散性较大。     

H形断面钢筋混凝土立体剪力墙的非线性动力响应分析

为了建立统一的动力响应分析模型,本文以NUPEC振动台试验的H形断面钢筋混凝土立体剪力墙为研究对象进行了三维非线性有限元动力响应分析。根据分析结果与试验结果的比较可知,在RC剪力墙到达最大承载力之前由简化模型和一般模型得到的动力响应特性与试验结果吻合较好,荷载-变形关系能很好模拟试验结果。但是,最大承载力之后,由于混凝土开裂、损伤、劣化的急剧发展,较难模拟混凝土开裂、裂缝的开闭及滑移等非线性特性,分析得到的加速度衰减较慢、位移响应较小。基于上述研究成果探讨并提出了进一步改善非线性有限元动力响应分析精度的建议。     

超大冷却塔欠质量模型振动台试验研究

抗震研究中模型试验起着重要的作用。应用相似理论对超大冷却塔进行了欠质量试验模型设计,介绍了缩尺模型的特殊施工工艺,根据地震动三要素确定12条地震动用于冷却塔试验模型地震动输入,对超大冷却塔1∶30的模型在5m×5m的震动台上进行了试验。试验测试了超大冷却塔的自振频率,利用振动台模拟7度、8度设防烈度对超大冷塔模型进行了动力试验。应用数值模拟分析了冷却塔试验模型的地震效应,对比了试验测试结果与数值模拟分析结果,数值模拟分析结果与试验结果吻合较好。试验结果与分析结果表明,冷却塔有较宽的频率带宽。时程分析解与试验结果对比表明,采取梁柱模型分析超大冷却塔能很好地模拟冷却塔的动力特性。     

有横缝拱坝的非线性动力模型试验和计算分析研究

本文通过在大型三向地震模拟振动台上进行的设置伸缩横缝的某拱坝非线性动力模型试验，应用非线性有限元动力分析程序同时进行计算分析，全面系统地研究了拱坝横缝对坝体动力特性和地震反应的影响，并对计算程序进行了改进。试验与计算结果相互印证，验证了试验成果的可靠性和计算分析模型、计算程序与计算结果的合理性。     

核电站设备的振动台试验

本文进行了核电站设备（IS型单级单吸清水离心泵）的动力特性测试和振动台试验，使用自由振动衰减法、白噪声激振法和半功率点法分别测出了水泵在三个方向上的自振频率和阻尼比。给出了楼板加速度时程的模拟方法。根据本文给出的模拟方法和楼板反应谱，模拟了楼板加速度时程，并进行了水泵的振动台试验。振动台试验是在水泵工作状态下进行的。     

粗粒料动三轴试验颗粒流模拟对称性研究

以粗粒料动三轴数值模拟为例,分析了不同对称模型(1/2,1/4,1/8,1/12)条件下,粗粒料动剪切模量和阻尼比的变化规律。计算结果表明,不同对称模型的计算结果存在一定的差异,但其变化规律基本一致,随着模型对称比例的增大动剪切模量逐渐增大,阻尼比逐渐减小,计算时间成倍减少。分析了颗粒生成过程中不均匀性对试验结果的影响。计算结果表明:1/8模型动剪切模量和阻尼比影响较小;1/12模型动剪切模量影响较大,阻尼比影响较小。建议在动力分析过程中采用1/8模型即可。     

豫东平原粉质黏土动剪切模量与阻尼比试验研究

粉质黏土动剪切模量和阻尼比是建筑场地动力稳定性评价的重要动力参数。为分析豫东平原粉质黏土的动力特性,利用双向振动三轴仪试验系统,对取自豫东平原地区的粉质黏土进行动三轴试验,研究粉质黏土状态及固结压力对动剪切模量和阻尼比的影响。研究发现:可塑粉质黏土(PSC)与软塑粉质黏土(SSC)的动力特性存在相近的变化趋势,动剪切模量比随剪应变的增大而减小,阻尼比随剪应变的增大而增大;在同一应变水平下,SSC的动剪切模量比随固结压力的增大而增大、PSC的阻尼比随固结压力的增大而增大;在相同试验条件下,PSC的最大动剪切模量大于SSC的最大动剪切模量;在剪应变小于0.01%时两者动剪切模量快速衰减,剪应变达到0.03%时两者动剪切模量趋于一致。根据现有的粉质黏土动剪切模量与阻尼比研究成果,结合试验数据,提出粉质黏土动剪切模量比、阻尼比随剪应变变化的数学模型,为豫东平原粉质黏土场地工程建设中的动力稳定性评价提供依据。     

掺细料砾石土的动孔压特性探讨

地震荷载作用下发生滑坡的滑动带通常由粗颗粒与细颗粒组成。滑带土的动力性质及动孔隙水压力的发展对边坡的稳定性至关重要。对掺细料砾石混合土进行动三轴试验来探讨细料(粒径小于0.5mm)含量对砾石(粒径6~20mm)混合土的动孔压特性的影响,进行细料含量为0%、20%和40%的三组试样的动三轴试验,采用固结围压为100kPa、固结应力比为1.0、频率为1.0Hz,施加轴向动应力分别为0.50、0.55、0.60和0.65kN,得到动孔压的变化规律。试验发现:(1)相同激振力作用下,随着细料含量的增加,动孔隙水压力增长速度逐渐变缓;相同细料含量时,随着激振力的增大,动孔隙水压力增长速度变快。(2)激振力较大和细料含量较少时,动孔隙水压力在较少的振次下达到较大值并趋于稳定。(3)细料含量为20%的砾石混合土试样在试验终止时的振动次数最大,细料含量为40%的砾石混合土在试验终止时的振动次数最小。(4)当细粒含量为0%和20%时,试验终止时最终的孔压都可以接近固结围压;当细粒含量为40%,激振力较大时,试验终止时最终的孔压才接近固结围压,而激振力较小时最终的孔压远远没有达到固结围压。     

筑坝反滤料动模量和阻尼比试验的颗粒流模拟

以筑坝反滤料的室内中型动三轴试验结果为基础,运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了轴对称数值试样模型,通过控制加荷过程中试样体积不变的方法,模拟了不排水加载条件下反滤料的动模量和阻尼比试验。调整颗粒的细观接触参数,与真实试验结果进行比较分析,在得到符合实际结果的宏观力学响应的同时,分析了配位数、孔隙率和超孔隙水压的变化,并从微观角度对动三轴试验进行了探讨。讨论了固结比和密实度对动模量的影响,认为粗粒反滤料的固结比对最大动模量的影响比较符合Hardin推导公式的结果。结果表明,颗粒流方法可以较好地模拟反滤料的动模量和阻尼比试验,试验过程中微观方面的袁现也符合实际室内试验的规律。     

基于动三轴试验的压实黄土动强度特性研究

选取吕梁地区黄土,通过静压压实制备三轴试样,在GDS振动三轴仪上研究含水率、干密度和加载频率对压实黄土动强度的影响规律。结果表明:压实黄土的动强度及动强度参数均随振次的增加而减小,随含水率的增大而减小,随干密度和加载频率的增大而增大,动强度与振次之间的关系可用对数方程进行拟合。研究对黄土地区填方区基础建设具有重要意义。     

玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明：玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

加筋土动弹性模量的动三轴试验研究

采用动三轴试验系统对加筋土试样进行固结不排水三轴剪切试验。研究了在不同加筋材料、不同加筋层数、不同围压、不同固结应力比条件下的加筋土的动弹性模量变化规律,并与素土试样试验结果进行对比。研究结果表明,加筋土的动弹性模量随围压和固结应力比的增加而增大,窗纱加筋试样的最大动模量相比素土有了较大的提高,并随着加筋层数的增加而增大,土工布加筋土试样最大动弹模量与素土的最大动弹模量增减趋势不明确。     

粉土动强度试验研究

文中对重塑的粉土试样施加正弦波和任意波轴向荷载,进行应变控制的动三轴试验。根据试验结果,分析和比较2种不同波形振动荷载下粉土的动强度和变形特性。研究结果表明:固结条件相同,振动频率为1Hz,任意波振动荷载作用下粉土的动强度较正弦波下的稍小;任意波下粉土试样产生的动应变比正弦波下的大。     

土遗址土动力特性

通过动三轴试验和数值计算,分析甘肃河西地区原状、重塑土遗址土的动模量、阻尼比、抗剪强度和土遗址在破坏地震作用下的动力响应。结果表明：弹性范围内,原状和重塑土遗址土动应力σ_d和动应变ε_d呈非线性关系且符合双曲线模型,动弹性模量E随ε_d的增大而减小,二者初始动弹性模量E₀和剪模比G/G₀差别很小,剪模比曲线基本重合;剪应变γ取值范围相同时,重塑土阻尼比λ随着γ的增大趋势高于原状土;相同实验条件下,原状土遗址土内聚力略高于重塑土。夯实加固法一定程度上恢复了土遗址强度,但当破坏地震来临时,其整体的抗震性能还有待加强     

橡胶水泥土动力特性的试验研究

通过动三轴试验,研究了橡胶水泥土复合试样的动强度、动弹性模量和阻尼比等动力参数的变化规律,着重研究了橡胶粉掺量、围压和应变3个主要因素的影响并分析了内在机理。在围压不变的情况下,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶水泥土复合试样动强度降低。围压越大,动强度越高,受橡胶粉掺量的影响越小。随着围压的增大,动弹性模量增大而阻尼比减小;随着橡胶粉掺量的增加,动弹性模量减小而阻尼比增大。通过数据拟合,得到了橡胶水泥土动弹性模量和阻尼比的计算公式。橡胶粉可以提高水泥土吸收能量的能力,采用橡胶水泥土作为地基处理材料时,能够起到减震的作用。