陳瑋

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067）

1 模型制作

1.1 模型箱

根據(jù)試驗(yàn)要求并結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)陣的實(shí)際情況設(shè)計(jì)和加工模型箱，具體尺寸為3.2 m×2.8 m×2.45 m（長(zhǎng)×寬×高）。模型箱外觀照片見圖1。

圖1 模型箱外觀照片

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱骷皞鞲衅鞑贾?/h3>

本試驗(yàn)主要針對(duì)地震相對(duì)敏感的斜坡地基上的高填路基建立模型。

由于是模型試驗(yàn)，因此，模型材料及試驗(yàn)過程必須滿足一定的相似關(guān)系。本次以西南地區(qū)分布廣泛的紅層軟巖路基填料為對(duì)象，以斜坡地基上高填路基為原型，將1∶20 的幾何相似關(guān)系作為基礎(chǔ)，并根據(jù)量綱分析法確定其他各相似關(guān)系并制作模型[1]。另外，本試驗(yàn)在模型箱內(nèi)壁粘貼了一層防水海綿作為減震層內(nèi)襯材料，以此來降低模型箱邊界對(duì)試驗(yàn)過程地震波出現(xiàn)的反射等影響。

模型材料選用紅層軟巖地區(qū)實(shí)際路基填料與石英砂組合，并通過大量室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)合各物理參數(shù)的相似關(guān)系，分別確定出了地基及路基模型材料中石英砂的百分含量及模型壓實(shí)度。完成上述步驟后，采用分層填筑的方式制作模型。其中，對(duì)于重力式擋墻采用預(yù)制混凝土，選擇在模型制作過程中埋設(shè)。

在試驗(yàn)過程中，主要采集的是路基在不同地震動(dòng)荷載作用其內(nèi)部不同部位的加速度及位移變化規(guī)律[2]，故試驗(yàn)用傳感器主要為加速度傳感器、位移傳感器。模型尺寸及傳感器布置如圖2 所示。

圖2 模型尺寸及傳感器布置（單位：cm）

2 模型試驗(yàn)

本文主要針對(duì)試驗(yàn)過程中采用的汶川地震波（WCB）作為激震波，按照相似率確定的時(shí)間壓縮比對(duì)地震波形進(jìn)行壓縮處理。通過改變地震波的峰值加速度（0.05 g，0.1 g，0.2 g，0.3 g和0.4 g）逐級(jí)進(jìn)行加載。每級(jí)別施加完成之后大約停止5 min，期間主要進(jìn)行試驗(yàn)效果的觀測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一級(jí)的加載。

3 結(jié)果分析

3.1 路基加速度響應(yīng)規(guī)律

對(duì)于路基內(nèi)部與路基坡面來說，隨著高度的不斷增加，路基的水平及豎直加速度響應(yīng)峰值均成增大趨勢(shì)，并在路基頂面達(dá)到最大。在路基頂面，因本工程是斜坡地基的緣故，所以填筑路基的厚度較容易受原地基控制。

試驗(yàn)表明，在該模型所示的路基結(jié)構(gòu)中，水平及豎直加速度響應(yīng)峰值也均隨路基填筑厚度的增大而增大。這說明，與原始地基對(duì)比，新填路基對(duì)地震加速度的響應(yīng)相對(duì)較大，反應(yīng)也較敏感。

3.2 位移響應(yīng)規(guī)律

就路基坡面而言，路基會(huì)隨高度的不斷增加，水平及豎直向位移響應(yīng)峰值均成增大趨勢(shì)，并在路基頂面達(dá)到最大。在路基頂面，該模型所示的路基結(jié)構(gòu)中，水平向位移響應(yīng)峰值會(huì)隨路基填筑厚度的增大而增大。這說明，新填路基相對(duì)原始地基更易產(chǎn)生水平向變形，反應(yīng)也較為敏感。豎直向位移響應(yīng)峰值方面，試驗(yàn)結(jié)果表明，豎直向位移峰值在路基中心線達(dá)到最大，向兩側(cè)逐漸減小，這說明對(duì)豎直向位移峰值的變化主要受控于路基形狀，而受新填與原始地基的影響微弱。

3.3 路基對(duì)不同地震荷載的響應(yīng)規(guī)律

為研究路基對(duì)不同地震動(dòng)荷載的響應(yīng)特點(diǎn)與規(guī)律，本文針對(duì)所建模型進(jìn)行了多種地震工況的試驗(yàn)，包括WCB-0.05 g，WCB-0.1 g，WCB-0.2 g 和WCB-0.4 g 等。為研究方便，WCB-0.1 g 相對(duì)于WCB-0.05 g 的動(dòng)力放大效應(yīng)為1 級(jí)響應(yīng)，WCB-0.2 g 相對(duì)于WCB-0.1g為2級(jí)響應(yīng)，WCB-0.4g相對(duì)于WCB-0.2g為4級(jí)響應(yīng)，正弦波類似。圖3為模型I水平加速度響應(yīng)趨勢(shì)圖。

圖3 模型水平加速度響應(yīng)趨勢(shì)

根據(jù)圖3 可知，無論在路基內(nèi)部還是在路基坡面，其呈現(xiàn)的規(guī)律有：（1）隨高度的不斷增加，水平加速度峰值增大倍數(shù)均成增大趨勢(shì)，在路基頂面達(dá)到最大；（2）在路基頂面，由于本模型是斜坡地基上的填筑路基，其水平加速度峰值增大倍數(shù)隨路基填筑厚度的增大而增大；（3）隨震級(jí)的增大，路基各點(diǎn)水平加速度峰值雖然隨之增大，但其增大倍數(shù)呈減小趨勢(shì)。

此外，隨地震動(dòng)荷載的增加，相關(guān)趨勢(shì)主要有：（1）路基坡面上各點(diǎn)的水平位移增大倍數(shù)（相對(duì)前一級(jí)動(dòng)荷載）隨路基高度的增加而增大；（2）在路基頂面上，隨地震動(dòng)荷載的增加，與頂面各點(diǎn)位移峰值的變化規(guī)律相反，且頂面上各點(diǎn)水平位移增大倍數(shù)隨新填路基厚度的增大而減小，但這種變化趨勢(shì)相對(duì)較?。唬?）值得注意的是，對(duì)于地震荷載的響應(yīng)，水平加速度峰值增大倍數(shù)隨地震動(dòng)荷載的增加呈減小趨勢(shì)，但水平位移峰值增大倍數(shù)則相反，隨地震動(dòng)荷載的增加而增加。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)斜坡地基上高填路基進(jìn)行的大型地震臺(tái)試驗(yàn)，明確了地震荷載作用下路基動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)與規(guī)律，分析了不同參數(shù)的變化趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)路基的動(dòng)力穩(wěn)定計(jì)算方法的研究具有一定的借鑒意義，同時(shí)可為減小路基震害的措施提供重要的理論依據(jù)。