CN109581478B - 模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其包括将模拟斜坡中软弱层带的水平和垂直震动分解为法向和切向分力后，将斜坡模型转换为水平上呈方形体的振动台模型；设计浇注振动台模型的模型箱，在模型箱中浇注下硬层、软弱层带和上硬层，并在上硬层、软弱层带和下硬层设定位置处埋设土压力传感器和加速度传感器，上硬层和下硬层内预埋包含垂直面和水平面的角钢片；拆除模型箱的侧壁板，当振动台模型养护完成后，不装或装上聚乙烯泡沫，并装上四周侧壁，并扣紧锁扣，将其移动至振动台面上锁紧；并在角钢片上放置上多个与直角钢片的竖直面或水平面正交接触的压杆式位移传感器，之后在振动台上加载地震波。

Description

模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法

技术领域

本发明涉及涉及地震滑坡物理模型技术领域，具体涉及一种模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法。

背景技术

我国是全球大陆地震最为集中和活动性最高的地区之一，地震诱发滑坡成为非常突出地质灾害问题，尤以2008年四川汶川Ms8.0级大地震为甚。软弱层带是常见于斜坡内部的不连续地质带，如层间构造错动带、挤压破碎带、风化壳等，软弱层带由于强度低，通常构成斜坡的潜在滑动破坏面。

在地震波传播过程中，软弱层带会对地震波产生折射、反射，有选择性的吸收和放大特定频域地震波，形成软弱层及其上下围岩的独特响应。因此，研究含软弱层带地质体地震动响应特征，尤其是软弱层带是否存在地震动放大，不仅能够有效评估含软弱层带滑坡是否发生，而且有助于该类地震滑坡滑带形成过程及机理研究。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法能够模拟地震含软弱层带斜坡动力响应。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其包括：

将地震过程斜坡中倾斜软弱层带受到的水平和垂直地震动分解为软弱层带法向和切向分力后，将斜坡模型转换为水平上呈方形体的振动台模型，此时软弱层带受到水平和垂直地震力；

根据振动台台面尺寸确定模型大小，利用实际斜坡长度与模型长度之比确定缩放系数，根据缩放系数确定振动台模型的软弱层带及上硬层和下硬层的厚度及物理力学性质，配制满足物理力学性质要求的材料，确定材料配比；

选取尺寸小于振动台台面的8mm厚钢板作为模型箱的底钢板和选取内侧壁有刻度线的5mm厚钢板作为模型箱的侧壁板，在底钢板的内表面焊接间距10cm、直径2cm的并排螺纹钢；

在底钢板四周设置有与振动台台面上螺栓孔相配合的螺栓孔，在底钢板的四侧边缘及侧壁板的下边缘均焊接上将侧壁板锁紧在底钢板上的锁扣，在侧壁板竖直方向的两边缘上焊接上将相邻两侧壁板锁紧在一起的锁扣；

将底钢板与侧壁板、侧壁板与侧壁板锁紧在一起形成模型箱，并在模型箱的四周内侧放置10cm厚度的聚乙烯泡沫；根据软弱层带、上硬层和下硬层的尺寸和密度称取其配料，并采用水拌和均匀；

浇注下硬层、软弱层带和上硬层，下硬层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱层带，软弱层带浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层，完成试验模型的浇注；

浇注过程中，在上硬层、软弱层带和下硬层设定位置处埋设上土压力传感器和加速度传感器，上硬层和下硬层内预埋包含水平面和垂直面的角钢片，角钢片的水平面或垂直面延伸出其所在硬层；

待振动台模型凝固成型后打开四周侧壁板锁扣，取下侧壁板和聚乙烯泡沫，当振动台模型养护完成后，不装或装上聚乙烯泡沫，并装上四周侧壁，并扣紧锁扣；将模型移动至振动台，采用螺栓将底钢板和振动台台面锁紧；

在模型箱底钢板上放置多个压杆式位移传感器，压杆式位移传感器探头的位移测点放置在角钢片的竖直面或水平面上并与竖直面或水平面正交，之后在振动台上加载地震波。

进一步地，上硬层和下硬层的原材料相同；上硬层和下硬层的质量配比如下：

重晶石粉：40目石英砂：纳米水泥：铁粉：水：甘油＝37.5：37.5：7：18：11.48：2.3；

软弱层带质量配比如下：

按重量份计，骨料80份和胶结剂20份；骨料包括：60目石英砂：100目石英砂：200目石英砂：膨润土＝40：44：13：3；

胶结剂为0.8-1.5wt％的高分子聚合物溶液，高分子聚合物溶液包括浓度为3～7wt％羟乙基纤维素的水溶液、1～3wt％聚丙烯酸钠的水溶液、1～3wt％聚乙二醇水溶液。

进一步地，土压力传感器和加速度传感器的埋设方法包括：

首先在两种传感器的探头部均匀涂抹一层玻璃胶，接着将两种传感器的测线从探头开始用绝缘胶布进行包裹，之后将每个土压力传感器和加速度传感器粘贴于其3倍尺寸的正方形铅片的中央。

进一步地，下硬层、软弱层带和上硬层内的土压力传感器中，部分采用平行于底钢板的方式埋设，余下部分采用垂直于底钢板的方式埋设；

软弱层带内土压力传感器和加速度传感器均布置在软弱层带水平中心线上，上硬层和下硬层内的土压力传感器、加速度传感器和角钢片均布置在离软弱层带水平中心线60mm处；

位于同一水平高度上的土压力传感器、加速度传感器和角钢片两两之间的最小间距为60mm，且均大于三者的外观尺寸。

进一步地，下硬层、软弱层带和上硬层在浇注过程中每10cm压实一次，并在压实表面进行刮毛处理；

在压实表面或者下硬层、软弱层带和上硬层每层浇注完成后，取样进行干密度测试，使其与设计干密度误差不超过5％；

振动台模型浇注完成后，每4h在振动台模型中心取样测试含水率，当含水率与设计含水率误差不超过5％时，则振动台模型养护完成。

进一步地，加载的地震波的初始幅值为0.1g，之后以0.1g间距依次增加到0.8g，共计8级，每级幅值均设置5Hz、10Hz、15Hz三种激振频率。

进一步地，加载地震波之前，进行0.05g白噪声扫描；之后，每3个工况结束后，再进行0.05g白噪声扫描，共计10次。

进一步地，压杆式位移传感器包括磁力座，磁力座的顶面上固定有与其垂直的主杆，主杆上安装有相对其上下移动的接管夹头，接管夹头上固定安装有与主杆垂直或平行的副杆；副杆上通过8字管夹安装有相对副杆水平或竖直移动的位移计探头。

本发明的有益效果为：本实验方法包括地质原型概化、模型设计、模型浇注和传感器埋设、地震波输入，该方法易于实现，且操作简便，可用于制作多种具有软弱层带、不同软弱层带厚度、埋深、倾角及多个夹层组合的适用于振动台试验的滑坡地质体模型。

本方案将作用于斜坡的软弱层带的水平和垂直震动分解为法向和切向分力，通过该种方式的转换，采用水平上呈方形体的振动台模型就能够实现倾斜坡体在震动下的响应情况，简化模型的制作难度的同时可以保证模拟斜坡动响应的准确性。

本模拟实验方法中制备的含软弱层带的模型可用于振动台试验，由于在制备的振动台模型中埋设有土压力传感器和加速度传感器及便于与压杆式位移传感器配合的角钢片，使得振动台模型可测试动荷载地震波作用下软弱层带内部及上下硬岩的土压力、加速度和位移。

加载地震波之后，采用土压力传感器、加速度传感器和压杆式位移传感器采集的数据可分析含软弱层带地质体在动荷载作用下夹层与上下硬岩压力、加速度和位移差异性及非协调性问题。

采用本方法中传感器得到的数据及加载地震波后振动台的变化情况，可分析含软弱层带地质体在重直振动荷载作用下，上硬层对软弱层振动冲压-张拉效应；在水平振动荷载作用下，软弱层带振动剪切效应。

采用本实验方法可制备不同埋深、厚度、倾角、个数的种含软弱层带地质体模型及可进行地震过程软弱层带对地质体响应的基本机理及影响规律分析。

附图说明

图1为振动台模型的立体图。

图2为振动台模型位于模型箱内的结构示意图。

图3为本方案中制备得到的软弱层带及硬层(上硬层和下硬层)的动变形、动弹模和阻尼比特性；

其中，3a为软弱层带、硬层动应变-动弹模关系曲线，3b为软弱层带、硬层动应变-阻尼比关系曲线。

图4为土压力传感器的两种埋设方式示意，其中4a为土压力传感器水平埋设示意，4b为土压力传感器垂直埋设示意。

图5为压杆式位移传感器的结构示意图，其中5a为副杆与主杆垂直时压杆式位移传感器示意图，5b为副杆与主杆平行时压杆式位移传感器示意图。

图6为模型箱的底钢板未示出锁扣部分的结构示意图。

图7为模型箱未示出锁扣部分结构的俯视图。

其中，1、振动台模型；11、下硬层；12、软弱层带12；13、上硬层；131、土压力传感器；132、加速度传感器；133、角钢片；2、模型箱；21、底钢板；211、螺纹钢；3、压杆式位移传感器；31、磁力座；32、主杆；33、接管夹头；34、副杆；35、8字管夹；36、位移计探头；4、正方形铅片；5、聚乙烯泡沫。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本方案提供了一种模拟含软弱层带12斜坡地震动响应的振动台模型1试验方法100，其包括步骤101至步骤108。

在步骤101中，将地震过程斜坡中倾斜软弱层带12的水平和垂直地震动分解为软弱层带12法向和切向分力后，将斜坡模型转换为水平上呈方形体的振动台模型软弱层带12，此时软弱层带受到水平和垂直地震力。

软弱层带12在直角坐标系下，其厚度方向尺寸远小于平面延伸方向，可视为薄板，在薄板上任取一个单元，并添加上、下硬层11单元后构成了本方案的振动台模型1，振动台模型1的结构如图1所示。

在步骤102中，根据振动台台面尺寸确定模型大小，利用实际斜坡长度与模型长度之比确定缩放系数，根据缩放系数确定振动台模型1的软弱层带12及上硬层13和下硬层11的厚度及物理力学性质，配制满足物理力学性质要求的材料，确定材料配比；

振动台模型1的软弱层带12及上硬层13和下硬层11的几何参数主要是指软弱层带12及上硬层13和下硬层11的长宽高及软弱层带12的个数选取。根据振动台台面大小和载重要求，本方案优选振动台模型1尺寸为70cm×35cm×60cm(长×宽×厚度)，采用单个软弱层带12，厚度取为3cm，埋深45cm，倾角0。

在本发明的一个实施例中，上硬层和下硬层11的原材料相同；上硬层和下硬层的质量配比如下：

重晶石粉：40目石英砂：纳米水泥：铁粉：水：甘油＝37.5：37.5：7：18：11.48：2.3；

软弱层带12质量配比如下：

按重量份计，骨料80份和胶结剂20份；骨料包括：60目石英砂：100目石英砂：200目石英砂：膨润土＝40：44：13：3；

胶结剂为0.8-1.5wt％的高分子聚合物溶液，高分子聚合物溶液包括浓度为3～7wt％羟乙基纤维素的水溶液、1～3wt％聚丙烯酸钠的水溶液、1～3wt％聚乙二醇水溶液。

下面通过加载不同幅值对本方案的软弱层带12及上/下硬层11的的动力特性进行说明：

在50kPa围压、20kPa初始轴压下，以5kPa幅值为间距分10个等级、每级振动100次开展动三轴试验，获得动弹模和阻尼比特性，结果如图3中的图a和图b。从图3可以看出，振动开始时，硬层材料弹性模量约是软弱层带12的25倍，振动过程中软层和硬层材料弹性模量均随应变的增加而减小，但软层减小速率大于硬层，在2％应变时软弱层带12弹性模量已降低到3.4MPa，此时比值近40倍(见图3a)。软弱层带12相似材料初始阻尼比为硬层的16倍，振动中软层和硬层阻尼比都随着应变的增加而增大，软弱层带12材料增加速率大于硬层，在2％应变时，两者阻尼比值达到19倍(见图3b)。结果表明，动力条件下软弱层带12具有低弹模特性，其弹模远小于硬层。

由此可以看，出本方案所配制软弱层带12和上硬层13、下硬层11能够反映实际斜坡中含软弱层带的情况，满足试验需求。

在步骤103中，选取尺寸小于振动台台面的8mm厚钢板作为模型箱2的底钢板21和选取内侧壁有刻度线的5mm厚钢板作为模型箱2的侧壁板，在底钢板21的底面焊接间距10cm、直径2cm的并排螺纹钢211，以在模型下边界提供足够摩擦力和粘接力，底钢板21的结构示意如图6所示。

其中，底钢板21是用来将振动台模型1整体固定在振动台上，故将其尺寸设计成比振动台装置台面小，比振动台模型1稍大。加糙的螺纹钢211可以在水平振动方向上增加振动台模型1与底钢板21的摩擦。侧壁板上刻度线的设置，可以方便控制软弱层带12埋深、厚度和倾角参数。

本方案的底钢板21尺寸为120cm×750cm×0.8cm(长×宽×厚度)，底钢板的尺寸设计考虑了放置模型的尺寸、聚乙烯泡沫5厚度宽度及开设螺栓孔所需尺寸。在底钢板21边缘确定螺栓孔中心位置，相邻螺栓孔中心间距为10cm，距底钢板21边缘距离为5cm。在底钢板21内表面焊接有并排的加糙钢筋作为螺纹钢211，钢筋型号为

(长边)×30cm(短边)，螺纹钢211间的间距为10cm。侧壁板的尺寸为70cm×60cm和35cm×60cm，每种尺寸各两片，厚度均为5cm。

在步骤104中，在底钢板21四周设置有与振动台台面上螺栓孔相配合的螺栓孔，在底钢板21的四侧边缘及侧壁板的下边缘均焊接上将侧壁板锁紧在底钢板21上的锁扣，在侧壁板竖直方向的两边缘上焊接上将相邻两侧壁板锁紧在一起的锁扣。

锁扣的设计，可以使底钢板21与侧壁板之间的连接方式是可拆卸的，这样在振动台模型堆好后，可以打开锁扣，拆除四周侧壁板进行养护，养护完成后，在需要做有边界试验时，可以放上聚乙烯泡沫5，锁紧四周侧壁；当需要做无边界的试验时，可以待养护完成后，直接安装上四周侧壁板，这样比四周侧壁板设计成固定的更为方便。

在步骤105中，将底钢板21与侧壁板、侧壁板与侧壁板锁紧在一起形成模型箱2，并在模型箱2的四周放置上10cm厚度的聚乙烯泡沫5，泡沫长度和宽度与侧壁板尺寸一致，起到隔离模型与模型箱侧壁的作用；根据软弱层带12、上硬层13和下硬层11的尺寸和密度称取其配料，并采用水拌和均匀。

在步骤106中，浇注下硬层11、软弱层带12和上硬层13，下硬层11浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱层带12，软弱层带12浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层13，完成试验模型的浇注。

在浇注过程中需要将各原料搅拌均匀后倒入模型箱2内捣拌、击实，使其均匀，无孔洞。浇注过程中，在上硬层13、软弱层带12和下硬层11设定位置处埋设上土压力传感器131和加速度传感器132，上硬层13和下硬层11内预埋包含水平面和垂直面的角钢片133，角钢片133的水平面或垂直面延伸出其所在硬层。角钢片133的厚度为5mm，水平面和垂直面宽度为2cm，插入模型内长度为7cm。

上硬层13、软弱层带12和下硬层11浇注过程的厚度及两种传感器的埋设厚度及角钢片的埋设位置均可以根据侧壁板上的刻度线来确定。浇注完成后，模型箱2容纳有振动台模型和聚乙烯泡沫5的俯视结构如图7所示。

由于水对传感器灵敏度影响较大，或致使传感器无法工作，埋设过程中应该注意防水；传感器越大越易破坏模型均一性，但传感器越小则在土层内不易固定，模型捣实振动过程中容易使传感器移动、翻转，偏离预设位置，对此本方案优选土压力传感器131和加速度传感器132的埋设方法包括：

首先在两种传感器的探头部均匀涂抹一层玻璃胶，接着将两种传感器的测线从探头开始用绝缘胶布进行包裹，之后将每个土压力传感器131和加速度传感器132粘贴于其3倍尺寸的正方形铅片4的中央。

玻璃胶和绝缘胶布可以防止传感器遇水影响灵敏度或者出现损坏；正方形铅片4的设置可以方便传感器的固定，以避免振动台模型1捣实振动过程中致使传感器移动、翻转，偏离预设位置。

在步骤107中，待振动台模型1凝固成型后打开四周侧壁板的锁扣，取下侧壁板和聚乙烯泡沫5，这样振动台模型四周都透风，便于整个模型均匀风干。当振动台模型1养护完成后，不装或装上聚乙烯泡沫，并装上四周侧壁，并扣紧锁扣，将震动台模型移动至振动台，采用螺栓将底钢板21和振动台台面锁紧。

在浇注时放置的防水聚苯乙烯泡沫板，使得浇注的模型与模型箱2侧壁之间存在间隙，振动台试验时放上聚乙烯泡沫，使得震动台模型可以模拟有边界，未放置聚乙烯泡沫时，又能模拟无边界的试验；对于有边界时，聚乙烯泡沫可以模拟吸波材料，以降低模型箱2对输入波的反射和折射。

在本发明的一个实施例中，下硬层11、软弱层带12和上硬层13在浇注过程中每10cm压实一次，并在压实表面进行刮毛处理；刮毛处理可以使得层与层的材料相互渗透，而保证层与层之间固定的稳定性。

在压实表面或者下硬层11、软弱层带12和上硬层13每层浇注完成后，取样进行干密度测试，使其与设计干密度误差不超过5％；

振动台模型1浇注完成后，每4h在振动台模型1中心取样测试含水率，当含水率与设计含水率误差不超过5％时，则振动台模型1养护完成。

另外，采用本方案配比配制的软弱层带12和上硬层13/下硬层11的抗压强度、弹性模型和密度在前48h变化最大，而后虽然含水率变化，但力学性质变化趋于收敛。从这一点出发，表层与内部强度不会有较大差异，最大程度地保证了整个模型力学性质的均匀性。

在步骤108中，在模型箱的底钢板上放置上多个压杆式位移传感器3，压杆式位移传感器3探头的位移测点放置在直角钢片的竖直面或水平面上，并与竖直面或水平面正交，之后在振动台上加载地震波。

天然地震波具有多幅值、多频率和非线性特征，试验并非对地震滑坡启动的再现，仅为揭示软弱层带12动力响应基本力学行为，为了减少影响因素，获得软弱层带12基本动力学行为和响应规律，采用正弦波作为振动台试验输入波。

选择离斜坡最近的地震台站，根据其地震时监测到的地震记录(东西向、南北向和上下)三向地震加速度峰值研究振动台试验正弦波最大幅值。对地震记录进行傅利叶谱分析，获得主震频率，从而确定试验输入正弦波频率级别；通过地震记录的主震持时确定振动台试验输入波持时。

如图5所示，压杆式位移传感器3包括磁力座31，磁力座31的顶面上固定有与其垂直的主杆32，主杆32上安装有相对其上下移动的接管夹头33，接管夹头33上固定安装有与主杆32垂直或平行的副杆34；副杆34上通过8字管夹35安装有相对副杆34水平或竖直移动的位移计探头36。

当副杆34与主杆32垂直时，参见图5中的a，当副杆34与主杆32平行时，参见图5中的b。

实施时，本方案优选在实验时加载的地震波的初始幅值为0.1g，之后以0.1g间距依次增加到0.8g，共计8级，每级幅值均设置5Hz、10Hz、15Hz三种激振频率。

加载地震波之前，进行0.05g白噪声扫描；之后，每3个工况结束后，再进行0.05g白噪声扫描，共计10次，试验振动工况见表1。

表1振动工况一览表

白噪声用于分析振动台模型1自振参数(弹性模量和阻尼比)的变化。由于试验重在分析软弱层带12基本动力学行为，不要求软弱层带12产生变形、开裂，所以试验均在软弱层带12材料弹性变形范围内进行，即需要保证初始振动台模型1与各级振动工况后模型自振参数基本相同。对于自振参数变化较大的工况，表明模型受损严重，其数据将不用于分析。

在本发明的一个实施例中，土压力传感器131采用动态应变式土压力传感器131，其精度达0.1kPa，加速度传感器132选用三向加速度传感器132；在土压力传感器131和加速度传感器132与正方形铅片4固定时，将土压力传感器131/加速度传感器132平放，在底面居中用螺栓固定在厚1mm、边长3cm的正方形铅片4，而后将正方形铅片4与传感器埋设于振动台模型1中。

对于下硬层11、软弱层带12和上硬层13内的土压力传感器131中，部分采用平行于底钢板21的方式埋设，见图4中的图4a，余下部分采用垂直于底钢板21的方式埋设，见图4中的图4b。

软弱层带12内土压力传感器和加速度传感器132均布置在软弱层带12水平中心线上，上硬层13和下硬层11内的土压力传感器131、加速度传感器132和角钢片133均布置在离软弱层带12水平中心线60mm处；

所有加速度传感器132尺寸为(长×宽×高)12mm×14mm×8mm，土压力传感器尺寸为(直径×高)φ30mm×15mm，角钢片尺寸为(垂直面宽×水平面宽)30mm×30mm，位于同一水平高度上的土压力传感器131、加速度传感器132和角钢片133两两之间的最小间距为60mm，大于两个传感器或角钢片最大尺寸，这样可有效减小传感器或角钢片对模型完整性的影响及对结果造成的影响。

在加载地震波后表现为，当压杆式位移传感器3监测到拉伸变形(位移差为正)时，上/下硬层加速度发生分离，在软弱层带12内测得拉应力；当压杆式位移传感器3监测到压缩变形时(位移差为负)，上/下硬层加速度发生分离，在软弱层带12内测得压应力。软弱层带12上述动力非协调变形可能产生2类动力学效应：

(1)对软弱层带12振动冲压-张拉效应。在垂直振动条件下，上/下硬层变形响应的大小不相同，这样在向下位移过程中，由于上硬层13位移大、下硬层11位移小，必然导致软弱层带12内产生冲击力；在向上位移过程中，由于上硬层13位移大、下硬层11位移小，必然导致上硬层13与下硬层11间发生“分离”，在软弱层带12内产生张拉力。

(2)对软弱层带12振动剪切效应。在水平振动条件下，在向右运动过程中，由于上硬层13位移大、下硬层11位移小，必然导致上/下硬层11间发生“错位”，在软弱层带12内产生剪切力；同样在向右位移过程中，由于上硬层13位移大，下硬层11位移小，同样在软弱层带12内产生剪切力。

综上所述，本方案将复杂的含倾斜软弱层带斜坡概化为含水平软弱层带的地质体模型，从而将复杂问题简单化；采用本方案制作的振动台模型可直接监测上硬层、下硬层及软弱层内部土压力，从而可以直接获得含软弱层带地质体的力响应，没有斜坡地形因子和软弱层带倾角因子的干扰。

通过压杆式位移传感器可以检测上下硬层的变形，从而得到上硬层变形与下硬层变形之差，而计算软弱层带变形，从而得到硬层变形和软弱层带变形及差异性特征，没有斜坡地形因子和软弱层带倾角因子的干扰。

本方案通过监测的土压力和位移数据分析，可以得知软弱层带变形大，上下硬层变形小，地质体发生的是非协调变形，软弱层土压力大于上下硬层；即通过本发明可分析斜坡非协调变形效应及软弱层带土压力放大效应，预测软弱层带破坏及滑坡启动的临界土压力。

Claims (8)

1.模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，包括：

将地震过程斜坡中倾斜软弱层带受到的水平和垂直地震动分解为软弱层带法向和切向分力后，将斜坡模型转换为水平上呈方形体的振动台模型；

根据振动台台面尺寸确定模型大小，利用实际斜坡长度与模型长度之比确定缩放系数，根据缩放系数确定振动台模型的软弱层带及上硬层和下硬层的厚度及物理力学性质，配制满足物理力学性质要求的材料，确定材料配比；

选取尺寸小于振动台台面的8mm厚钢板作为模型箱的底钢板和选取内侧壁有刻度线的5mm厚钢板作为模型箱的侧壁板，在底钢板的内表面焊接间距10cm、直径2cm的并排螺纹钢；

在底钢板四周设置有与振动台台面上螺栓孔相配合的螺栓孔，在底钢板的四侧边缘及侧壁板的下边缘均焊接上将侧壁板锁紧在底钢板上的锁扣，在侧壁板竖直方向的两边缘焊接上将相邻两侧壁板锁紧在一起的锁扣；

将底钢板与侧壁板、侧壁板与侧壁板锁紧在一起形成模型箱，并在模型箱的四周内侧放置10cm厚度的聚乙烯泡沫；根据软弱层带、上硬层和下硬层的尺寸和密度称取其配料，并采用水拌和均匀；

浇注下硬层、软弱层带和上硬层，下硬层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱层带，软弱层带浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层，完成试验模型的浇注；

浇注过程中，在上硬层、软弱层带和下硬层设定位置处埋设上土压力传感器和加速度传感器，上硬层和下硬层内预埋包含水平面和垂直面的角钢片，角钢片的水平面或垂直面延伸出其所在硬层；

待振动台模型凝固成型后打开四周侧壁板锁扣，取下侧壁板和聚乙烯泡沫，当振动台模型养护完成后，不装或装上聚乙烯泡沫，装上四周侧壁，并扣紧锁扣；将模型移动至振动台，采用螺栓将底钢板和振动台台面锁紧；

在模型箱底钢板上放置多个压杆式位移传感器，压杆式位移传感器探头的位移测点放置在角钢片的竖直面或水平面上并与竖直面或水平面正交，之后在振动台上加载地震波。

2.根据权利要求1所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，所述上硬层和下硬层的原材料相同；所述上硬层和下硬层的质量配比如下：

重晶石粉：40目石英砂：纳米水泥：铁粉：水：甘油＝37.5：37.5：7：18：11.48：2.3；

所述软弱层带质量配比如下：

按重量份计，骨料80份和胶结剂20份；骨料包括：60目石英砂：100目石英砂：200目石英砂：膨润土＝40：44：13：3；

胶结剂为0.8-1.5wt％的高分子聚合物溶液，高分子聚合物溶液包括浓度为3～7wt％羟乙基纤维素的水溶液、1～3wt％聚丙烯酸钠的水溶液、1～3wt％聚乙二醇水溶液。

3.根据权利要求1所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，所述土压力传感器和加速度传感器的埋设方法包括：

首先在两种传感器的探头部均匀涂抹一层玻璃胶，接着将两种传感器的测线从探头开始用绝缘胶布进行包裹，之后将每个土压力传感器和加速度传感器粘贴于其3倍尺寸的正方形铅片的中央。

4.根据权利要求3所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，所述下硬层、软弱层带和上硬层内的土压力传感器中，部分采用平行于底钢板的方式埋设，余下部分采用垂直于底钢板的方式埋设；

软弱层带内土压力传感器和加速度传感器均布置在软弱层带水平中心线上，上硬层和下硬层内的土压力传感器、加速度传感器和角钢片均布置在离软弱层带水平中心线60mm处；

位于同一水平高度上的土压力传感器、加速度传感器和角钢片两两之间的最小间距为60mm，且均大于三者的外观尺寸。

5.根据权利要求1所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，所述下硬层、软弱层带和上硬层在浇注过程中每10cm压实一次，并在压实表面进行刮毛处理；

在压实表面或者下硬层、软弱层带和上硬层每层浇注完成后，取样进行干密度测试，使其与设计干密度误差不超过5％；

振动台模型浇注完成后，每4h在振动台模型中心取样测试含水率，当含水率与设计含水率误差不超过5％时，则振动台模型养护完成。

6.根据权利要求1所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，加载的地震波的初始幅值为0.1g，之后以0.1g间距依次增加到0.8g，共计8级，每级幅值均设置5Hz、10Hz、15Hz三种激振频率。

7.根据权利要求6所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，加载地震波之前，进行0.05g白噪声扫描；之后，每3个工况结束后，再进行0.05g白噪声扫描，共计10次。

8.根据权利要求1所述的模拟含软弱层带斜坡地震动响应的振动台模型试验方法，其特征在于，所述压杆式位移传感器包括磁力座，所述磁力座的顶面上固定有与其垂直的主杆，所述主杆上安装有相对其上下移动的接管夹头，所述接管夹头上固定安装有与主杆垂直或平行的副杆；所述副杆上通过8字管夹安装有相对副杆水平或竖直移动的位移计探头。

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