馬 斌， 趙 釗， 胡劍超

(1. 天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點(diǎn)試驗(yàn)室 天津，300350) (2. 中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津， 300222)

引 言

碾壓混凝土壩是近30年來發(fā)展起來的一項(xiàng)筑壩技術(shù)，其主要特點(diǎn)是含有大量的碾壓鋪筑層面，這也是碾壓混凝土壩壩體的薄弱環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)[1-2]對有厚度施工層面的碾壓混凝土壩的力學(xué)行為規(guī)律做了大量研究并取得了一定的成果。為了研究帶碾壓成層結(jié)構(gòu)的壩在流激振動下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)機(jī)理，既要依托水彈性模型特性，模擬水流-壩體-地基-庫水相互作用；又要根據(jù)碾壓成層物理力學(xué)特性，模擬碾壓層面影響帶結(jié)構(gòu)，最終反映碾壓成層對壩體流激振動的影響。

水彈性模型的特點(diǎn)是可以同時(shí)滿足水力學(xué)相似和結(jié)構(gòu)靜動力學(xué)相似原理，實(shí)現(xiàn)對“結(jié)構(gòu)-水體-地基-動荷載”四位一體的流固振動系統(tǒng)的模擬。文獻(xiàn)[3]采用可以滿足密度相似和彈性模量相似的加重橡膠作為模型材料，第1次建立了比尺為1∶200的二灘高拱壩泄洪振動的大型水彈性試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。采用了?dāng)時(shí)先進(jìn)的測試手段進(jìn)行了泄洪振動的測試，通過試驗(yàn)手段分析了震源，驗(yàn)證了二灘拱壩的泄洪安全性，這是流固耦合研究的突破性進(jìn)展，隨后又進(jìn)行了小灣、構(gòu)皮灘、溪洛渡及拉西瓦等高拱壩的水彈性模型的試驗(yàn)研究[4-7]。目前，碾壓混凝土物理力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)的對象多是試件或者大壩芯樣，而按照一定比尺制作大壩模型進(jìn)行研究的卻很少。例如：文獻(xiàn)[8]制作1∶80的沙牌拱壩模型，進(jìn)行水壓力下壩體應(yīng)力、變形及開裂研究。文獻(xiàn)[9]制作1∶112的沙牌拱壩模型，研究地震作用下壩體開裂。以上模型材料皆為碾壓混凝土。

筆者提出3種碾壓成層結(jié)構(gòu)的模擬方案，采用水彈橡膠制作5種模擬試件,通過制作測量5種模擬試件的沖擊振動信號，基于頻響函數(shù)原理計(jì)算其幅頻-相頻曲線，進(jìn)行不同模擬方式的動力特性評估，研究利用水彈橡膠進(jìn)行碾壓混凝土成層軟弱結(jié)構(gòu)模擬的合理方式。

1 水彈性模型模擬原理

碾壓混凝土壩泄洪激振的水彈性試驗(yàn)?zāi)M是對“結(jié)構(gòu)-水體-地基-動荷載”四位一體的流固振動系統(tǒng)的模擬，要滿足水力學(xué)條件、結(jié)構(gòu)動力學(xué)條件以及邊界條件相似。按重力相似律模擬動荷載，要求結(jié)構(gòu)模型材料滿足密度大(λγs=1)、彈性模量小(λE=λL)、等阻尼比(λζ=1)、等泊松比(λμ=1)，同時(shí)合理計(jì)算基模擬范圍，保證動力響應(yīng)系統(tǒng)相似[4-7]。

2 成層軟弱結(jié)構(gòu)水彈性模擬方案設(shè)計(jì)

2.1 碾壓混凝土壩的成層結(jié)構(gòu)的特性

碾壓混凝土壩的主要特點(diǎn)是含有大量的碾壓鋪筑層面，層面間不良處理不利于壩身整體強(qiáng)度和防滲效果，抗剪強(qiáng)度過低也會影響大壩安全。研究表明[7]，碾壓混凝土內(nèi)部黏結(jié)力約為1.60MPa，不作任何處理的層面黏結(jié)力僅有0.8 MPa，為層面內(nèi)部的50%。若鋪水泥砂漿，層面黏結(jié)力可達(dá)到1.25 MPa，占到內(nèi)部黏結(jié)力的78%。

2.1.1 碾壓混凝土壩的層間間隔

碾壓混凝土層間厚度即為冷縫間的高度?，F(xiàn)有的物理模型中，文獻(xiàn)[8]的沙牌碾壓混凝土模型間隔為0.1 m，比尺為1∶80，換算后為約8.0 m。文獻(xiàn)[9]沙牌拱壩碾壓混凝土的地震臺測試模型共分7層碾壓層，換算后每層間隔約為16.0 m。

對已經(jīng)終凝或?qū)用骈g隔時(shí)間超過的層面，即冷縫，一般規(guī)定的處理工藝[10-11]為：a.先對結(jié)合層面刷毛處理，刷毛后砼表面約有0.5～1.0cm左右的不平整度，同時(shí)骨料表面本身也具有0.5～1.0cm的不平整度，之后鋪一層水泥砂漿；b.刷毛處理后層面鋪厚度為1.5～2.0cm、強(qiáng)度高一個(gè)等級的砂漿層；c.層面沖毛或刷毛，清水沖洗，鋪水泥砂漿或者5cm厚墊層混凝土。綜上所述，實(shí)際工程中的碾壓層厚度約在5～10cm之間。

2.1.2 碾壓混凝土壩的彈性模量

1) 碾壓混凝土本體：在垂直碾壓層面方向和平行方向的彈模及泊松比，其差異性比較小，故非影響帶的混凝土視為各向同性體。三級配C30碾壓混凝土彈性模量為30GPa，其動力彈性模量為33GPa，比尺為1∶300，橡膠彈性模量為110MPa。由橡膠材料制作20mm×20mm×200mm試件，利用動態(tài)法，通過共振頻率測試材料的彈性模量值，經(jīng)計(jì)算加重橡膠材料的彈模約為110MPa。

2) 碾壓層縫彈模：文獻(xiàn)[12]認(rèn)為，碾壓層面彈模可根據(jù)中國建筑科學(xué)院由混凝土棱柱按規(guī)范方法試驗(yàn)總結(jié)的公式計(jì)算。E0=100 000/(2.2+33/R)MPa，其中：R為標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度，數(shù)值為20.1MPa；若比尺為1∶300，模型碾壓層彈模E0為86.765MPa。

2.2 橡膠的黏合影響帶特性分析

2.2.1 橡膠黏合影響帶的擴(kuò)散機(jī)理

擴(kuò)散理論(分子滲透理論)是目前應(yīng)用最廣、最成功的黏合理論。該理論指出，如果兩個(gè)橡膠表面接觸足夠近，表面部分長分子鏈將擴(kuò)散穿過界面層，最終界面消失，兩個(gè)部分合成一個(gè)整體[13]。

2.2.2 橡膠黏合接觸面的微觀特性

橡膠黏合界面不是簡單的幾何面，包含著兩相逐步過渡區(qū)域的三維界面。界面區(qū)的化學(xué)成分、力學(xué)性質(zhì)、分子排布及熱力學(xué)性能都呈連續(xù)性的梯度變化，會出現(xiàn)熱應(yīng)力、界面化學(xué)效應(yīng)和界面結(jié)晶效應(yīng)等。這些效應(yīng)引發(fā)界面微觀變化，對于復(fù)合材料的宏觀性能產(chǎn)生直接影響。由于復(fù)合材料界面復(fù)雜性，故將界面區(qū)域作為一個(gè)相或者層來表示，稱為界面相或界面層[14]。

2.2.3 橡膠黏合接觸表面的粗糙度影響

為了除去橡膠表面氧化膜，增加黏合強(qiáng)度，制作水彈模型的第1步就是銑橡膠，橡膠在機(jī)床銑過后，再用電動砂紙拋光機(jī)打磨，此時(shí)橡膠板表面變得非常平整且粗糙。表面粗糙可以增大接觸面積，通過擠壓其粗糙表面(不平坦或者有突起)可以獲得良好接觸，接觸面積的增加會獲得黏合強(qiáng)度的改善。

2.2.4 橡膠黏合面破壞模式

黏合是制造界面的現(xiàn)象，而黏合破壞則是制造表面的現(xiàn)象。兩者不是可逆關(guān)系，實(shí)際上黏合形成的界面很少因破壞而恢復(fù)原來的表面[15]。黏合面破壞后變的十分粗糙。通常界面層的強(qiáng)度都會小于橡膠材料的強(qiáng)度，使得破壞常沿界面層產(chǎn)生。

碾壓成層結(jié)構(gòu)的水彈模型模擬條件如圖1所示。

圖1 水彈模型模擬條件總結(jié)Fig.1 Summarization of simulation conditions for hydroelastic model

2.3 碾壓混凝土成層結(jié)構(gòu)水彈模擬方案設(shè)計(jì)

依據(jù)橡膠黏合理論，結(jié)合提出的碾壓混凝土壩成層結(jié)構(gòu)特性和水彈性模型模擬準(zhǔn)則，考慮模型制作工藝，提出了3種碾壓混凝土成層結(jié)構(gòu)模擬方案。

1) 下層銑厚橡膠+硅酮密封膠(玻璃膠)+上層銑厚橡膠。其模擬優(yōu)點(diǎn)：a.玻璃膠可以產(chǎn)生一定厚度，硅酮對橡膠有一定的溶解性；b.銑橡膠去除表面氧化膜，增加粗糙度，利于黏合；c.硅酮黏合劑彈模較低(約9MPa)，可以模擬軟弱層面，相當(dāng)于彈模極限降低情況；d.設(shè)置層間間隔即為橡膠板厚度；e.加硅酮層面后，大壩整體為橫觀各向異性體；f.制作簡單。模擬缺點(diǎn)：a.硅酮為非硫化膠，不能產(chǎn)生橡膠擴(kuò)散界面層；2.玻璃膠黏合，不會產(chǎn)生硫化作用，破壞面較為光滑；3.彈模過低，不符合比尺，水彈性相似不符合。

2) 下層銑厚橡膠+硫化型橡膠黏合劑+8MPa軟弱橡膠+硫化型橡膠黏合劑+上層銑厚橡膠。其模擬優(yōu)點(diǎn)：a.橡膠薄板彈模密度可以指定，彈模模擬準(zhǔn)確；b.銑橡膠去除表面氧化膜，增加粗糙度，利于黏合；c.橡膠黏合劑使上下兩層橡膠硫化作用產(chǎn)生擴(kuò)散層，并且厚度與碾壓影響帶厚度在同一量級；d.黏結(jié)后，多在層面破壞，且破壞面粗糙；e.設(shè)置層間間隔即為橡膠板厚度；f.薄橡膠板可以滿足水彈性相似；g.加入成層后為橫觀各向異性體。模擬缺點(diǎn)：a.橡膠板有一定的厚度(1mm)，無法做的太??；b.加工制作，步驟較為繁瑣。

3) 下層銑厚橡膠硅+橡膠表面處理劑處理+雙面膠+上層銑厚橡膠。其模擬優(yōu)點(diǎn)：a.銑橡膠去除表面氧化膜，增加粗糙度，利于黏合；b.雙面膠厚度薄，符合幾何比尺；c.設(shè)置層間間隔即為橡膠板厚度；d.雙面膠低彈模(約1.0MPa)，可以模擬軟弱層；e.加硅酮層面后，大壩整體為橫觀各向異性體；f.加工較為簡單。模擬缺點(diǎn)：a.雙面膠黏合不能產(chǎn)生橡膠擴(kuò)散界面層；b.破壞面較為光滑；c.彈模過低，不符合比尺，水彈性相似不符合。

3 成層結(jié)構(gòu)水彈模型試件制作與動力特性測試

3.1 模擬成層結(jié)構(gòu)的五試件模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了獲取振動軟弱層的結(jié)構(gòu)動力特性，研究振動傳播過軟弱層后變化。制作方形截面柱試件，長寬高尺寸為3cm×3cm×40cm，試件20cm與32cm高度處各有一層軟弱結(jié)構(gòu)，根據(jù)軟弱結(jié)構(gòu)不同，共5組試件。試件立在地面上，接觸面固定，此時(shí)橡膠試件為接地懸臂三自由度系統(tǒng)，理論上共有三階模態(tài)。為了測試試件所含兩成層結(jié)構(gòu)對于結(jié)構(gòu)動力特性的影響，共布置4個(gè)測點(diǎn)。采用電渦流非接觸式動位移傳感器，試件與測點(diǎn)如圖2所示，傳感器如圖3所示。5組試件的成層模擬方式如下。

圖2 5種不同成層結(jié)構(gòu)橡膠試件Fig.2 Five kinds of rubber specimens with different layered structure

圖3 電渦流傳感器及測量儀器連接圖Fig.3 Connection diagram of eddy current sensor and measuring instrument

1) 無成層整體橡膠試件如圖2中試件1所示。

2) 氯丁膠黏結(jié)試件采用6cm厚加重橡膠板制作模型，將兩塊表面用車床銑過的橡膠塊用氯丁膠黏合，縫隙黏合緊密難以辨認(rèn)，如圖2中試件2所示。

3) 硫化型橡膠黏合劑+8MPa軟弱橡膠黏結(jié)試件。采用801氯丁型橡膠黏合劑打磨黏合面，涂膠后晾曬10min，反復(fù)3次后黏合，如圖2中試件3所示。

4) 硅酮密封膠黏結(jié)試件采用粘結(jié)力強(qiáng)的酸性硅酮密封膠，膠厚為1mm，涂膠后凝固72 h提高到最大黏結(jié)強(qiáng)度，如圖2中試件4所示。

5) 橡膠表面處理劑處理+雙面膠黏結(jié)試件。選用LHD-106單組份橡膠表面處理劑配合3M泡綿雙面壓敏膠，使黏合度顯著上升，如圖2中試件5所示。

電渦流傳感器的靈敏度與測定材質(zhì)的表面電阻率有關(guān)，試驗(yàn)中橡膠試件的測點(diǎn)位置貼有薄銅片，作為感應(yīng)介質(zhì)。因此，試驗(yàn)前先利用小臺虎鉗與百分表對傳感器靈敏度進(jìn)行標(biāo)定，如表1所示。靈敏度標(biāo)定電阻材質(zhì)為薄銅片。

圖4為測試方案。將地面視作一靜止坐標(biāo)系，將制作完成后的試件用502膠黏結(jié)于地面，經(jīng)多次預(yù)敲擊試驗(yàn)，選用帶橡膠錘頭無配重的LC-04A沖擊力錘敲擊試件底部，采用觸發(fā)采樣方式，測點(diǎn)響應(yīng)信號由數(shù)據(jù)采集和信號處理儀(data acquisition & signal processing， 簡稱DASP)進(jìn)行采集，采樣頻率為200Hz，采樣時(shí)間為10s，每組采樣10次。試件3的4個(gè)測點(diǎn)的振動位移時(shí)程線如圖5～8所示。

表1電渦流動位移傳感器靈敏度標(biāo)定

Tab.1Sensitivitycalibrationofeddycurrentdisplacementsensor

項(xiàng)目測點(diǎn)1測點(diǎn)2測點(diǎn)3測點(diǎn)4編號C1C2C3C4傳感器型號CWY-O-501CWY-DO-501CWY-DO-502CWY-DO-502靈敏度/( mV·μm-1)6.116.012.462.59

圖4 成層結(jié)構(gòu)動力特性測試試驗(yàn)步驟圖Fig.4 Test step diagram of the dynamic characteristics for the layered structure

圖5 試件3測點(diǎn)1沖擊振動時(shí)程線Fig.5 Time history curve of impact vibration on measuring point 1 in the third simulated sample

圖6 試件3測點(diǎn)2沖擊振動時(shí)程線Fig.6 Time history curve of impact vibration on measuring point 2 in the third simulated sample

圖7 試件3測點(diǎn)3沖擊振動時(shí)程線Fig.7 Time history curve of impact vibration on measuring point 3 in the third simulated sample

圖8 試件3測點(diǎn)4沖擊振動時(shí)程線Fig.8 Time history curve of impact vibration on measuring point 4 in the third simulated sample

3.2 五橡膠試件的頻響函數(shù)及動力特性分析

頻響函數(shù)是觀測結(jié)構(gòu)的動力特征在頻域范圍的描述，也是結(jié)構(gòu)自身對輸入信號在頻域中傳遞特性的反映[16-18]，是描述動態(tài)系統(tǒng)特征的一種非參數(shù)估計(jì)模型。當(dāng)已知系統(tǒng)輸入?yún)⒖夹盘柵c測量響應(yīng)信號時(shí)，即可用頻響函數(shù)描述不同成層結(jié)構(gòu)橡膠試件在頻域范圍的動力學(xué)特征。

無損傷試件的簡化力學(xué)模型以及理論計(jì)算頻響函數(shù)如圖9～12所示，其參考信號為力信號F1。

圖9 試件簡化力學(xué)模型(單位：cm)Fig.9 Simplify mechanical model of the simulated sample(unit:cm)

圖10 測點(diǎn)1頻響函數(shù)Fig.10 Frequency response function of measuring point 1

圖11 測點(diǎn)2頻響函數(shù)Fig.11 Frequency response function of measuring point 2

圖12 測點(diǎn)4的頻響函數(shù)Fig.12 Frequency response function of measuring point 4

對各試件進(jìn)行頻響函數(shù)計(jì)算時(shí)，以各試件振動最下端測點(diǎn)1的振動信號作為參考輸入信號，以測點(diǎn)1,2,4的振動信號作為測量響應(yīng)信號,采用Log-Log雙對數(shù)坐標(biāo)，作出5個(gè)試件頻響函數(shù)的幅頻特性曲線、相頻特性曲線圖。根據(jù)試件5的實(shí)測信號計(jì)算測點(diǎn)1,2,4的頻響函數(shù)的幅值-頻率與相位-頻率曲線，下面僅列出典型測點(diǎn)的幅頻、相頻曲線，如圖13～18所示。

分析各試件各測點(diǎn)幅頻曲線，作出其彈簧線及質(zhì)量線，可以明顯區(qū)分出試件三階模態(tài)。由于采用測點(diǎn)1動位移作為參考信號，故各試件測點(diǎn)1相頻曲線表現(xiàn)為一條直線，這是因?yàn)樾盘栕陨磉M(jìn)行頻響計(jì)算無相位變化。理論計(jì)算如圖10所示，以力信號為參考信號，故表現(xiàn)有相位變化。試件2，3，4，5的測點(diǎn)2的頻響函數(shù)與無成層試件1是具有一致性的。將各試件測點(diǎn)的頻響曲線與圖10(12理論頻響圖對比，可知較為相符，驗(yàn)證實(shí)測頻響函數(shù)正確性。對比各試件的測點(diǎn)4相頻曲線發(fā)現(xiàn)，試件3，4，5的第3階模態(tài)對應(yīng)相頻，出現(xiàn)一個(gè)相位波動，推測應(yīng)是由于軟弱層造成的，以下給與驗(yàn)證。

圖13 試件1測點(diǎn)2的幅頻、相頻曲線Fig.13 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 2 in the first simulated sample

圖14 試件1測點(diǎn)4的幅頻、相頻曲線Fig.14 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 4 in the first simulated sample

圖15 試件2測點(diǎn)4的幅頻、相頻曲線Fig.15 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 4 in the second simulated sample

圖16 試件3測點(diǎn)4的幅頻、相頻曲線Fig.16 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 4 in the third simulated sample

圖17 試件4測點(diǎn)4的幅頻、相頻曲線Fig.17 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 4 in the fourth simulated sample

圖18 試件5測點(diǎn)4的幅頻、相頻曲線Fig.18 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 5 in the fourth simulated sample

測點(diǎn)3與測點(diǎn)4分別位于試件成層結(jié)構(gòu)的上下位置，振動從測點(diǎn)3經(jīng)過成層結(jié)構(gòu)后傳播到測點(diǎn)4。因此，做出由各試件實(shí)測信號計(jì)算的測點(diǎn)3，4的頻響函數(shù)的幅值-頻率與相位-頻率曲線，下面僅列出試件2和試件3的頻響曲線，如圖19～20所示。

圖19 試件2測點(diǎn)3，4的幅頻與相頻曲線Fig.19 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 3,4 in the second simulated sample

圖20 試件3測點(diǎn)3，4的幅頻與相頻曲線Fig.20 The amplitude-frequency and phase-frequency curves of measuring point 3,4 in the third simulated sample

由各試件各測點(diǎn)的頻響可知，試件1,2的頻響函數(shù)十分接近，與此對應(yīng)，試件3,4,5的頻響函數(shù)也很一致。說明試件1與試件2動力特性接近，而試件3,4,5表現(xiàn)為相近的動力特性。對比試件1,2與試件3,4,5的測點(diǎn)4頻響函數(shù)可知，有成層結(jié)構(gòu)的后3個(gè)試件，振動經(jīng)過成層結(jié)構(gòu)后，前兩階模態(tài)相位并未有明顯變化，但是第3階幅頻對應(yīng)的相頻出現(xiàn)相位變化，并且對應(yīng)以上分析中測點(diǎn)4相頻曲線波動，而理論曲線并無該變化。證明該相位變化確實(shí)是由成層造成的，即成層結(jié)構(gòu)使得至少三階以上模態(tài)(高頻模態(tài))出現(xiàn)了相位的變化。

3.3 數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對比

利用數(shù)值模擬的方式模擬兩種有限元試件：a.無損傷數(shù)值模型試件，尺寸與物模相同，彈性模量為110MPa，試件底端全約束，材料阻尼比為0.15(硬橡膠材料)，采用QR阻尼法，編制Ansys參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(Ansys parametric design language， 簡稱APDL)提取各階模態(tài)阻尼比，振型歸一化計(jì)算便于對比；b. 進(jìn)行數(shù)值模擬碾壓成層結(jié)構(gòu)，成層位置與物模試件相同。

已知頻響函數(shù)后，可根據(jù)頻響函數(shù)與實(shí)模態(tài)參數(shù)的關(guān)系，作出其矢端軌跡Nyquist圖(頻響實(shí)部-虛部)，計(jì)算頻響函數(shù)的留數(shù)R后，采用Levy法利用頻響函數(shù)的有理分式模型進(jìn)行多模態(tài)參數(shù)識別。理論證明，該方法精度較高。通過對比兩種數(shù)模計(jì)算的模態(tài)參數(shù)，分析5種試件的動力特性。各試件的三階模態(tài)識別如表2所示，其中：f為頻率；ξ為阻尼比。振型圖如圖21所示(振型歸一化方式)。

表2 有限元模型與試件識別的頻率(Hz)和阻尼比(%)對比

圖21 無損傷數(shù)模、試件1、試件2、成層損傷數(shù)模、試件3、試件4及試件5的前三階振型圖Fig.21 Third modal vibration of the no damage numerical Simulation, the first and the second simulated sample, the layered damage numerical simulation the third, the fourth and the fifth simulated sample

可見，試件1(無損傷模型)與試件2(純氯丁膠黏結(jié)模型)的幅頻曲線、相頻曲線接近，頻響函數(shù)一致，振動在兩試件中傳播特性相同，說明使用氯丁膠黏結(jié)的橡膠結(jié)構(gòu)其動力特性與完整一體橡膠制作的結(jié)構(gòu)相同。因此，在橡膠水彈模型制作中，受氯丁膠黏結(jié)處理的影響較小，模型能夠準(zhǔn)確反映原型的動力特性。兩試件識別前三階頻率與無損傷數(shù)值模擬的計(jì)算頻率一致，驗(yàn)證了試件模態(tài)識別的正確性。

成層損傷數(shù)值模擬模型，其計(jì)算三階頻率與試件3識別模態(tài)頻率相同，且小于無損傷試件頻率。碾壓混凝土豎向彈模降低會使壩體自振頻率減小，但對振型順序和形狀影響不大，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際規(guī)律吻合。振型圖與無損傷模型振型圖區(qū)別不大。

試件4使用硅酮密封膠模擬成層結(jié)構(gòu)，其基頻接近成層損傷試件3，而二三階模態(tài)頻率則偏小，考慮到玻璃膠固化后彈模與橡膠板接近，認(rèn)為基頻接近是合理的，其幅頻與試件3幅頻曲線也接近，但在相頻圖上相位與試件3不同，可能是因?yàn)椴牧系牟煌斐傻?。試?的幅頻與相頻曲線都與試件3接近，但是三階模態(tài)比試件3更小，原因是泡棉雙面膠的彈模更小，使其模態(tài)頻率進(jìn)一步下降，但其幅頻與相頻曲線都與試件3相一致。

4 結(jié) 論

1) 根據(jù)碾壓混凝土成層結(jié)構(gòu)的特性，認(rèn)為碾壓成層結(jié)構(gòu)是碾壓混凝土-碾壓軟弱層(影響帶)-碾壓混凝土的3層式結(jié)構(gòu)。在總結(jié)碾壓層間隔高度、碾壓層厚度及碾壓層彈性模量等性質(zhì)后，提出帶碾壓成層結(jié)構(gòu)水彈模型模需要滿足的6項(xiàng)條件分別為：成層結(jié)構(gòu)是具有一定厚度的層間影響帶；材料彈模按照比尺縮小，同時(shí)保持密度不變；豎向和橫向彈性常數(shù)不一致；間隔一定高度會有碾壓層存在；碾壓層面為薄弱環(huán)節(jié)，破壞常沿軟弱面發(fā)生；進(jìn)行帶成層結(jié)構(gòu)壩體動力特性的研究。

2) 通過試驗(yàn)及數(shù)值模擬對比，試件1(無損傷)與試件2(純氯丁膠黏結(jié))的幅頻相頻曲線以及模態(tài)參數(shù)基本一致，說明氯丁膠黏結(jié)試件并不影響動力特性的模擬。試件3, 4, 5隨著成層彈模的降低，相頻曲線上出現(xiàn)明顯的波動變化，頻率隨之降低、振型增大，符合規(guī)律。成層損傷數(shù)值模擬模型計(jì)算得到的三階頻率與試件3識別模態(tài)頻率相同，且小于無損傷試件頻率。試件4的基頻接近成層損傷試件3，而二三階模態(tài)頻率則偏小，試件5的三階模態(tài)更小于試件3。因此，利用試件3，下層銑厚橡膠+硫化型橡膠黏合劑+低彈模薄層橡膠+硫化型橡膠黏合劑+上層銑厚橡膠進(jìn)行碾壓成層結(jié)構(gòu)模擬是合理的。