土工格室加筋橡胶土复合垫层动力非线性特性及其作为分布式隔震体系的隔震机理研究

本项目将在三个方面进行研究：1、研究土工格室加筋橡胶土复合垫层在动力循环荷载作用下非线性动力特性，探究其法向及切向耦合变形规律，研究循环加载历史对其物理及力学性状的影响；2、进行大型土槽上的大比例模型对比隔震试验，观测场地地基-复合垫层-上部结构体系与对比体系在不同幅值与频谱激震动载作用下的动力反应，以及在结构自身作为振源振动时所引起的体系振动反应衰减规律；3、应用数值分析方法，考虑原有场地与隔振垫层土体的动力非线性阻尼特性，研究建立地基-隔震垫层-上部结构体系与对比体系的动力反应整体分析模型，对试验进行模拟与反演，在此基础上通过参数分析，研究复合垫层、场地和上部结构等要素的特性变化对体系动力反应的影响。项目研究将实现以下目标：1、探明土工格室加筋橡胶土复合垫层的动力非线性特性，揭示其作为分布式隔震体系的隔振机理；2、提出考虑土体非线性阻尼特性的土-结构动力耦合隔震体系的动力反应分析方法。

我国是一个地震多发国家，普通多层建筑在历次地震中破坏严重，探索适用于普通多层建筑的经济廉价隔震方法，对于降低地震破坏引起的生命财产损失具有重要意义。废旧橡胶颗粒具有弹性好、阻尼高的特点，可作为优良的隔震材料。对橡胶颗粒的大量应用还可解决废旧汽车轮胎堆积带来的环境问题。项目针对土工格室加筋橡胶砂垫层作为房屋基底隔震层的应用目的，开展了基础性研究。.1、研究了废旧橡胶颗粒与普通河砂混合后的基本物理力学特性，得到了不同配比橡胶砂的密度。对橡胶砂压缩特性的研究表明，随着橡胶含量的增加，橡胶砂压缩模量降低，而土工格室加筋能显著提高橡胶砂的压缩模量，尤其是高配比的橡胶砂加筋效应更明显。.2、应用直剪和三轴试验对不同应力状态下的橡胶砂应力应变特性进行了研究，发现：①随着橡胶颗粒含量的增大，橡胶砂应力-应变曲线和初始模量降低，应变硬化特性和应力-应变线性关系增强，剪胀特性减弱，剪缩增大，内摩擦角降低，粘聚力先增大而后下降，抗剪强度包线降低；②土工格室加筋使得橡胶砂应变软化特性减弱，强度有明显的提高，剪切体变减小；③含水量增加使得橡胶砂初始模量降低，应变硬化特性更明显，但对最大剪应力影响较小。.3、应用常规尺寸循环单剪试验和大尺寸循环剪切试验对橡胶砂的动剪模量和阻尼比特性进行了研究，发现：①随着橡胶含量的增大，橡胶砂的动剪模量降低，阻尼比增大；②土工格室加筋使得橡胶砂初始动剪模量略有增大，但循环剪切体变显著减小，阻尼比明显增加；③在高固结压力和大应变下，土工格室加筋橡胶砂垫层仍然表现出良好的滞回特性，模量低，阻尼比大。.4、应用瞬时冲击和牵引释放激震，对土工格室加筋橡胶砂垫层的隔震效果进行了研究，发现土工格室加筋橡胶砂垫层表现出明显的隔震效应，随着输入加速度幅值和上部结构配重的增加，隔震效果提高。.5、对含软弱夹层的自由场反应规律以及含土工格室加筋橡胶砂垫层的SSI体系地震响应规律进行了研究，得到：①自由场地面加速度运动幅值随着软弱夹层埋深、厚度的增加而降低，地表反应谱幅值向低频移动，软弱夹层对上部刚性结构抗震有利；②在含橡胶砂垫层的SSI体系中，上部结构的加速度随着橡胶颗粒含量的增加而降低，土工格室加筋使得隔震效果增加，30%配合比的橡胶砂隔震性能和经济性较好。.项目研究表明：土工格室加筋橡胶砂垫层具有较好的抗剪强度、整体稳定性以及隔震效果，可适用于普通多层房屋的隔震。