隧道振动台模型试验的相似关系_郑升宝
地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究
响， 对于饱和软土地层条件 ， 隧道 的沉 降更为 明显 。开展动荷载作用下地铁隧道下 卧土体 的动力稳定性研究 ，
有助 于正确认识地铁运 营荷载对周 围土体 的影 响， 并为隧道周围土体的加 固提供依据。
研 究 结 论 ： 过 分 析 盾 构 隧 道 的 运 营 受 力 特 征 ， 计 了物 理 模 拟 试 验 系统 ， 地 铁 盾 构 隧 道 下 卧 粉 质 黏 土 通 设 对
同、 振动次数一定时 ， 荷载振动频率越低 ， 隧道的竖向沉降越 大。 关键词 ： 盾构隧道 ； 粉质黏土 ； 动力特性 ； 隧道沉降 ； 型试验 模
中 图分 类号 ： Ｕ ４ Ｔ ４３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｍ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｎ Ｄｙ ａ ｉ ｄ ｌＴｅ ｔ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ｍ ｃ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｏ ｈ ｄｅ ｌ ｉ ｏ ｌ ｆ ｒ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｔ ｅ Ｕｎ ｒ ｙ ｎｇ Ｓ ｉ ｏ
系统如 图 ２所示 。
试 验模 拟 的是 浅 埋 于 粉 质 黏 土地 层 中 的盾 构 隧
道 ， 虑试 验 的主要 影 响 因素有 ： 考 隧道 衬砌 结构 的几 何 尺 寸 ｆ动 荷 载 ｑ 荷 载 的频 率 ． 时 间 ｔ隧 道 埋 深 、 、 、 厂 、 、 隧
为 １０ｍ × ． ． 的实 验架 ， 计 模 型试 验 的 ． ０２ｍＸ ８ｍ ０ 设 模 型 隧道埋 深为 ０２ｍ， 构 隧道 衬 砌厚 度 为 １ ． 盾 ０ｍｍ，
衬 砌材 料 与原型 一致 ， 隧道 外径 为 ２ ０ｍ ０ ｍ。 模 型试 验施 加 的荷 载 是 地 铁 的运 营荷 载 ， 拟考 虑
的动力特性进行 了研究 ， 分析了不同荷载幅值 、 同频率条件下 隧道下 卧粉质黏土 的动力 响应特性 ， 不 并对动荷
穿越不良地质段山岭隧道动力模型箱设计及其试验验证
mountain tunnels
crossing bad geology regions in
high intensity seismic areas， the
integral rigid
crossing the base-overlying interfaceand the staggered rigid model box of tlie tunnel crossing the fault were designed. By
构的抗震问题已迫在眉睫。振动台模型试验作为研究 地 下 结 构 的 抗 震 能 力 、破 坏 机 理 与 模 式 、抗 减 震 措 施 的 重 要 手 段 ，能 较 好 的 反 映 地 下 结 构 在 地 震 作 用 下 的 反 应 特 性 与 规 律 ，在 验 证 前 期 的 理 论 研 究 及 探 索 地 下 结 构与围岩之间的作用机理等方面发挥了重要作用。
8 m x 10 m was adoptedto test the dynamic response of mountain tunnels under two different conditions. The results show
that model ry
关 键 词 ：隧道工程;错动式刚性模型箱;整体式刚性模型箱;模态分析;高性能振动台模型试验
中 图 分 类 号 ：TU411
文 献 标 志 码 ：A
DOI:10. 13465/j. cnkijs.2019.08.013
The desij^n and verification test of dynamic model boxes for mountain tunnels crossing a bad geology region
SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究_张之颖
土 木 工 程 学 报
CHINACIVILENGINEERING JOURNAL
Vol.43 No.2
Feb.
20 10
SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
张之颖 1 赵钟斗 2 吕西林 3 楼梦麟3
第 43卷 第 2期
张之颖等 · SSI体系阻尼特性振动台模型试验研究
· 101·
缺 。 文献 [ 7]对比了一些非经典阻尼体系复模态分析 方法 , 可以看出对于自由度较多的实际 SSI体系 , 这些 方法不仅计算量巨大且精度难以保证 。文献 [ 8]提出 了非经典阻尼 多自由度 SSI体系 动力分析的 一种方 法 , 其 必 须 在 复 模 态 解 耦 的 基 础 上 , 采 用 CloughPenzien非平稳随机地震动模型 , 取得体系相对位移方 差的时域解和等效平稳化位移方差后 , 方可求出相对 最大地震位移 。文献 [ 9] 以多自由度 SSI体系为例 , 提 出了通过交替式频 -时域方法求解非经典阻尼体系的 算法 , 以期提高计算速度 。文献 [ 10] 对非经典阻尼体 系的复特征值的求解建议了一 种较为简单的数值解 法 , 但当体系阻尼比大于 0.01时 , 该方法的精度将受 到很大影响 。
上解释困难 。
SSI效应下阻尼体系的试验确定 , 可以通过 振动 试验或地震过程 , 采用系统频域识别方法进行 。 较小 动力下的试验结果 , 主要用 以指导 “第一 阶段抗震设 计 ”, 大动力下的阶段性检测 , 可以了解非线性开展过 程对体系阻尼特性的变化影响 。
试验时 , 首先要在 SSI体系不同部位设置 n个位 移或加速度传感器 。 因加速 度传感器的频响范 围较 宽 , 故本次试验是以加速度传递函数的实测为基础 的 。可以证明 , 除符号 相反外 , 加速度传递函数 与位 移传递函数取得的模态参数是一致的 。 本文 SSI体系 阻尼特性的考察 , 是以体系不同部位的实测加速度传 递函数的对比为基础的 , 测量点 l获得的第 r阶模态 的阻尼比 , 可直接根据半功率带宽法求得 。
典型地铁车站结构大型振动台试验相似比分析
典型地铁车站结构大型振动台试验相似比分析周明科;张波;蔡东明;闫冬梅;郭飞;李峻峰【摘要】以典型地铁车站结构的大型振动台试验为基础,对试验相似比设计和试验结果的相似比精确度进行了分析.基于Buckinghamπ定理,采用一致相似率分析方法,建立以覆土质量为主要控制因素的等效密度方程.将需要施加的人工配重与非结构荷载统一考虑,分析地铁地下结构欠人工质量模型的相似比.研究不同的覆土厚度对重力效应的影响程度,计算了试验中的实际相似比,并通过试验测试结果证明其在提高计算精度上的有效性.结果表明,随着结构上覆土层厚度的增加,速度、频率、加速度的重力效应与人工质量模型的重力效应越接近,且加速度重力效应精度的提高幅度最大.通过调整试验条件下实际覆土层厚度,反演实际相似比,可以有效提高相似比设计的精确度.【期刊名称】《防灾科技学院学报》【年(卷),期】2014(016)002【总页数】7页(P7-13)【关键词】地铁车站;振动台试验;相似比;重力效应【作者】周明科;张波;蔡东明;闫冬梅;郭飞;李峻峰【作者单位】北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京 100101;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京100124;中铁十九局集团有限公司,北京 100176【正文语种】中文【中图分类】TU435地铁结构振动台模型试验中的相似问题包括：结构的相似、土的相似以及土与结构相互作用的相似。
进行一般工程结构振动台实验时，模型完全相似就难以满足，再加上土以及地铁结构与土相互作用相似问题，做到完全满足相似率的要求就更加困难了［1-2］。
但通常可以根据研究目的的不同，保证主要参数满足相似关系，或采取相关技术措施（如采用配重来增加重力效应）等途径近似满足，而次要参数相似比应尽量与主要因素接近。
地震模拟振动台试验分析
地震模拟振动台试验分析
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Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震模拟振动台在抗震研究中的作用。
研究结构的动力特性，破坏机理及震害原因。
验证抗震计算理论和计算模型的正确性。
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中国建筑科学研究院 (国内最大）
台面尺寸：6.1米×6.1米 台面承重：60吨 三方向六自由度
地震模拟振动台试验分析
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近年来，振动台阵列开始投入使用。3个振动 台组成一个振动台阵列进行桥梁结构的地震模拟振 动台试验。3个振动台可以在一个方向上同步运动， 也可以根据桥梁实际场地的差异，分别输入不同的 地震波进行试验。这种振动台阵列可以进行较大尺 寸的结构模型试验。
地震模拟振动台试验分析
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§2.8 结构抗震试验方法
地震地面运动数据来自地震观测台网的地震记录， 这些地震记录一般为地震地面运动的速度或加速度。 在结构抗震设计中，也是根据地面加速度来计算结 构受到的惯性力。因此，进行振动台试验时，输入 到计算机的地震运动大多为地面运动加速度，相应 的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
研究动力相似理论，为模型试验提供依据。
检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。
为结构抗震静力试验，提供试验依据。
地震模拟振动台试验分析
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振动台是用来产生模拟地震地面运动，对结构的抗 震性能进行研究。如图为地震模拟振动台的示意图。
模型试验基本原理
模型试验基本原理模型试验是指利用模型装置对实际问题进行缩尺模拟试验的一种方法，通过模型实验可以研究、预测和评估实际问题的各种特性和性能，以及寻求解决问题的方法。
模型试验的基本原理包括几何相似原理、动力相似原理和相似系数原理。
1.几何相似原理几何相似是指模型和实际问题之间的几何形状和尺寸上具有相似性。
按照几何相似原理，模型的尺寸和实际问题之间需要保持一定的比例关系。
例如，水利工程中的水闸或堤坝的模型试验，模型的尺寸通常要缩小到实际问题的1/10或1/100，控制各个构件的尺寸比例保持一致。
2.动力相似原理动力相似是指模型试验过程中主要的力学特性和动态行为与实际问题的相似性。
按照动力相似原理，模型和实际问题之间需要保持一定的物理量比例关系，如力、速度、加速度等。
这样可以使模型试验的动力特性对应到实际问题中，研究问题时所得到的结果可以推广到实际问题中。
3.相似系数原理相似系数是指模型和实际问题之间的各种物理量相互之间的比例关系。
根据相似系数原理，物理量之间的比例关系可以表示为一组相似系数，对于不同的物理量可以有不同的相似系数。
通常情况下，相似系数包括长度比例系数、速度比例系数、密度比例系数、黏性比例系数等。
通过确定合适的相似系数，可以保证模型试验中的各种物理量之间的比例关系与实际问题保持一致。
模型试验的基本过程包括设计模型、制作模型、试验准备、试验操作和结果分析等阶段。
在设计模型阶段，需要根据实际问题的要求确定模型的尺寸、材料和结构等；制作模型阶段需要按照设计要求制作出符合几何和动力相似原理的模型；在试验准备和试验操作阶段，需要按照实验计划和方法进行试验前的准备工作，包括设置试验装置、调整实验参数等；在试验过程中，需要记录和采集各种数据和结果，以便进行后续的分析和评估。
总之，模型试验是一种对实际问题进行缩尺模拟试验的方法，基于几何相似、动力相似和相似系数原理，通过设计模型、制作模型、试验准备、试验操作和结果分析等阶段，可以研究和评估实际问题的各种特性和性能，以及寻求解决问题的方法。
立体交叉隧道结构地震动力响应特性及其相互影响规律振动台试验及
普通断面小。通过建立三维数值模型与试验结果进行了相互验证,数值计算表明：在/度三向E波作用下，沿上跨隧道 轴向，交叉中心断面处各特征点"1、"及主震方向位移最大值均比普通断面大，沿下穿隧道轴向，交叉中心断面处各特
3.ChonaConsieucioon 5ih EngoneeeongDovosoon Co. , Lid. , Changsha410004, Chona）
Abstract: Aiming at problems of seismic response features and their mutual indues Wws of a 3-D cross tunnel stecturo, shaking tabla tests were conducted for its model under El seismic waves in 3 directions and 6 working conditions woih 3 seosmoconiensoioes.Theiesieesueisshowed ihaiihehogheeiheseosmoconiensoiy, iheeaegeeiheseosmocacceeeeaioon and axial strain at the tunnel's feature points; under El waves in 3 directions and the seismic intensity 9, along the axis of upper tunnel side wall bottom, the maximum seismic acslation of the cross center section W less than that of a common section, while the maximum hoop strain of the cross center section is layer than that of a common section ； along the direction of aah haunch axis of the undeeas tunnel, the maximum acceleration of the cross center section is layer than that of a common section, while the maximum axial strain is less than that of a common section. Then a 3-D numerical model was built and used tv do numePcal simulation. The simulation results were compared with testonas tv verify each other. The numePcal results showed that under El waves in 3 directions and the seismic intensity 9, along the axial direction of upper tunnel, the maximum values of " , "& and displacement in the main seismic direction at vaPous feature points of cross center section are layer than those of a common section ； along the axial direction of the undeeas tunnel, the maximum values of " , "& and displacement in the main seismic direction at vaPous feature points of cross center section are smaller than those of acommon section.
石家庄六线隧道模型试验相似材料研究
Ｅ１ Ｃ
Ｌ ２
（） １
用 量 纲分 析法 可求 得相 似准 则方 程
Ｉ ， ， ， ０ ０ 一 ，＂ ＿ ， ，Ｌ １ １ Ｄ ， ， ， 鲁
厂 ’
， ，一
，
（ ２ ）
根据 试验 装 置 的尺 寸 ， 取几 何 相似 常数 Ｃ ＝２ ， ０ 密度 相似 常数 Ｃ ｏ＝１， 重力 加速 度相 似 常数 Ｃ ＝１ ， 则 根据 式 （ ） 求得 其它 物理 量相 似 常数 （ ２可 具有 相 同量纲 的物理量 有 相 同的相 似常数 ） Ｃ ＝Ｃ ： ＝ Ｃ ＝
檬 酸作 为辅 料剂 。
针对 石 家庄六 线 隧道 工程 ， 用模 型试 验 方 法 ， 究 深基 坑 施 工 过 程 的 桩 、 围护 结 构 力 学 行 为 ， 采 研 锚 本 文作 为模 型试 验 的基 础工 作 ， 满 足 主 要 相 似 判 据 的情 况 下 ， 过 正 交 配 比试 验 ， 制 出 了地 层 相 似 材 在 通 研 料 、 注桩 相 似材 料 和锚索 注浆 体相 似 材料 。 灌
１ 工 程 概 况
石 家 庄六 线 隧道 为六线 （局部 七线 ）并 行 ， 国 内第 一条 六线 并行 隧道 。 隧道 工程 长 ４ ９ ｍ， 程 为 ．８ ｋ 工
穿越不良地质段山岭隧道动力模型箱设计及其试验验证
穿越不良地质段山岭隧道动力模型箱设计及其试验验证赵建沣; 高波; 范凯祥; 周鹏发; 申玉生【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)008【总页数】8页(P80-87)【关键词】隧道工程; 错动式刚性模型箱; 整体式刚性模型箱; 模态分析; 高性能振动台模型试验【作者】赵建沣; 高波; 范凯祥; 周鹏发; 申玉生【作者单位】西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031【正文语种】中文【中图分类】TU411近几年来，全球地震发生概率不断提高，且高强度地震灾害频发，如2015-04尼泊尔中部地区发生7.9级地震，2016-04日本九州发生7.3级地震，2017-08中国四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震等。
期以来很多学者认为地下结构具有良好的抗震性能，但经过多次大型地震灾害之后，发现穿越不良地质段地下结构同样损伤严重。
由此可见，高烈度地震区地下结构的抗震问题已迫在眉睫。
振动台模型试验作为研究地下结构的抗震能力、破坏机理与模式、抗减震措施的重要手段，能较好的反映地下结构在地震作用下的反应特性与规律，在验证前期的理论研究及探索地下结构与围岩之间的作用机理等方面发挥了重要作用。
在进行隧道工程地震模拟振动台模型试验时，模型箱的框架结构、材料选择、边界条件等因素都会对试验结果产生重要影响。
因此，模型箱设计合理与否会直接影响振动台模型试验数据的可靠性。
目前，在振动台试验中所采用的模型箱种类可分为刚性模型箱、圆筒形柔性模型箱、层状剪切型模型箱。
三类模型箱都有各自的优缺点：刚性模型箱由于整体刚度较大，侧向变形较小，因此试验中常在模型箱内壁贴上一层柔性材料，以放松土体的侧向变形，如Mizuno等[1-3]研制了矩形刚性模型箱，并进行了相应的研究；柔性模型箱质量轻，但不能控制侧向刚度，土体拱效应明显，如Meymand[4]首次设计并使用了圆筒形柔性模型箱；层状剪切模型箱能有效保证土体剪切变形，但自重较大，会引起惯性作用，1986年Whitman等[5-6]提出了一种叠环式剪切模型箱。
利用相似模拟方法研究公路隧道施工力学形态
在多山国家或地区高等级公路建设中 采用隧 道 方案可 咀缩 短里程 、节省投 资Ｉ。但 公路隧道 的 Ｉ 】
建 设涉及多个 学科 ，具 有地 下工程 的不确定性 ，在 建 设中 ，依然存在 着不少 的工程技 术问题 其 目前
的修筑技术还制约着高等级公路交通建设水平的提 高 。因此，本文研究了因公路隧道在多种工程地 Ｊ 质条件下围岩及隧道结构在隧道开挖中的位移、变
在依托 工程施 工现场采集 出 口Ｉ 类 围岩 断层破 Ｉ Ｉ
恃 土 幢
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碎 带 、进 口软弱国岩 浅埋 段 、进 口软弱同岩 偏压段 的岩 石样 品．将岩样加 工成岩石 试什 ．分别测 定每 组试 件 的力学参数 ．包括 密度 、单轴 抗压强度 、单 轴抗 拉强度 、弹性模 量、泊松 比。测试结果 见表 １ 。
圈 １ 公路隧道及 围岩综台实验系统
Ｆ ｇ １ Ｔ ｅｌｓ ｙ ｔ ｍ ｆ ｏ ｄ ｔ ｎ ｅ ｉ ｈ ｔ ｓ ｅ ｓ ｅ ｏ ｒ ａ ｕ ｎ ｌ
方面起步较晚，工程实例不多，对于隧道开挖时围
岩 的变形及 支护衬砌 的应 力研 究不 多，而研 究公路 隧道 围岩稳 定性及支护 衬砌设计技 术 ，将在 公路隧
从事 岩土 工程 、公路 隧 道工程 与地 下 工程 方面 的研 究工 作。
维普资讯
第２ 卷 第 ５ １ 期
蒋树屏等 利用相似模拟方法研究公路隧道施工 力学 形态
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利用 相似 模 拟方 法研 究 公路 隧道施工 力学 形态