黄土斜坡地震动力响应及液化机制研究的离心机振动台试验方案
1、试验目的
黄土斜坡在下部充分浸水和地震作用条件下，观察坡体不同部位动孔隙水压
力的变化规律，结合坡体的变形破坏特征，研究黄土斜坡的地震动力响应特性，及地震液化对黄土斜坡稳定性的影响。

2、试验准备工作
2.1 试验模型设计
如图1所示，黄土斜坡的离心机振动台试验模型采用单面直线坡，坡角为
60°。

模型总高为70cm ，其中坡体高度50cm ，下伏基础深度20cm 。

模型底部长为100cm ，宽为60cm （未减去防水膜厚度）。

图1 黄土斜坡概念模型及传感器布置图 （单位：cm ）
2.2 试验相似关系设计
本试验模型采用原型材料，材料物理力学参数的相似常数均取值为1.0。

离心加速度拟采用20g ，即模型与原型加速度的相似系数为20。

由此对应的模型与原型几何尺寸的相似系数为1/20。

也就是说，本试验模型高度为0.7m ，模拟的原型高度为14m 。

表1还列出了离心机振动台试验涉及其它关键参数的相似系数。

表1 离心机振动台试验相似系数
(a)侧视图
孔隙水压力计
(a)俯视图
加速度计
激振方向
X
46.9
24.2
2.3 试验设备及测试系统（待补充详细）
表2 土工离心机振动台技术参数
2.4 试验材料
试验模型材料均采用黄土原型材料，取样地点为甘肃省兰州市永靖县盐锅峡镇黑方台黄土地区。

材料从现场取回后，在室内做了密度、孔隙比、液限和塑限以及颗粒级配分布试验，结果见表3。

依据图1所示的设计模型尺寸，估算模型总质量为672kg。

表3 试验用黄土的物理力学参数
2.5 模型制备及饱水
斜坡模型采用现场制作，从下到上逐层均匀压实的方式。

基本流程如下：（1）在模型箱内壁量好模型几何尺寸，制作一个标尺，以便建模时可以方便地控制每一层装样的高度，同时保证传感器埋设位置的精确度。

（2）将准备好的材料倒入模型箱中，采用压实工具进行人工压实。

为保证压实密实度，每层碾压厚度控制在5~10cm。

同时为了避免已制作的土层不均匀和传感器位置移动，工作人员尽量不在模型箱内走动。

（3）模型达到设计高度后，削坡至设计坡形。

本试验旨在研究黄土斜坡在饱水条件下的地震动力响应特性。

依据黑方台台塬边黄土滑坡的发育特征，长期水力灌溉导致地表水入渗到黄土内部，转而形成地下水从台塬边渗出，以此形成了该部位黄土土层下部充分饱水的特征。

因此，在本试验中，依据此特征，将使黄土斜坡下部饱水，设计饱水高度为距离坡底25cm，如图1所示。

饱水方式为直接在模型箱内加水，并始终保持水面高于设计饱水高度一定距离。

2.6 传感器类型及布置方案
为了获得饱和黄土斜坡在地震作用下，动孔隙水压力的增长和消散情况，本试验在模型饱水的部位共安装了5个孔隙水压力计，如图1所示。

孔隙水压力计采用陕西卫峰核电子有限公司订做的KY1002型号，每只孔隙水压力计的量程为200kPa，头部直径为8mm，精度为±1%F.S.，频响范围为1000Hz以内。

在模型内布置传感器时，一方面，在同一水平高程处，从坡表到坡内布置了3个孔压计
（P1~P3），以观测坡表和坡内孔压的变化特征。

另一方面，在垂直方向上，沿不同高程也布置了3个孔压计（P2，P4，P5），以观测坡体高程对孔压响应的影响。

此外，在振动台面上布置一个加速度传感器A0，用于校核台面输入的加速度激振波。

2.7 振动输入波及加载方案
2.7.1 输入波设计
本试验对振动台模型的输入波采用加速度时程曲线。

在设计输入波时，需要考虑波的振幅、持时和频率特征。

（1）波型的确定：波的类型为随机波。

随机波采用1995年日本Kobe地震中JMA 实测的加速度记录（采样间隔为0.02s，振动持时约40s）。

（2）振幅的确定：以试验用黄土材料的取样现场黑方台为研究区，该地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15 g。

结合离心机振动台设备的最大振动加速度15g和本试验设计的加速度相似系数20（模型/原型），可以确定本试验在离心加速度为20g的条件下，能够模拟的最大原型加速度为0.75g。

因此，本试验拟针对Kobe波的振幅采用1.0g、3.0g、6.0g和10.0g，对应的原型加速度为0.05g、0.15g、0.3g和0.5g。

而后根据模型的变形程度，可适当增加激振强度，直至模型出现大变形或破坏。

（3）波的振动频率：结合离心机振动台设备的最大振动频率范围为20~350Hz 和本试验设计的频率相似系数20（模型/原型），可以确定本试验在离心加速度为20g的条件下，能够模拟的最大原型振动频率为1~17.5Hz。

对Kobe波形，实测NS向主频为1.45Hz，因此，在试验时，将其主频放大至29Hz后进行加载。

同时为了研究地震波频率的影响，对kobe波进行了幅值3.0g，时间压缩比分别为20,30,40，50的激震试验，对应的主频放大后依次为29hz\43.5hz
\58hz\和72.5hz。

（4）波的振动时间：持时有2.0s\1.33s\1s\0.8s，对应的原型波持时均为40s。

（5）波的激振方向：水平单向X向激振。

2.7.2 加载方案
加载过程如下：
（1）离心机开机时不能启动过快，采用从1g，10g，20g，30g，40g直至50g的
逐级加载方式。

每一级施加至模型变形稳定后，再施加下一级；
（2）离心机加载至设计加速度后，稳定一段时间，待监测的孔隙水压力稳定后，再开始通过振动台对模型施加激振波。

激振波按表4制定的加载顺序施加。

（3）每次加载波完毕后让离心机稳定一定时间，待监测的孔隙水压力稳定后再进行下一级加载。

（4）试验结束后，立即测试模型土体在不同深度处的含水率，与初始含水率比较。

表4 振动阶段输入波的加载顺序
图2 1995年日本Kobe地震中JMA实测的加速度时程曲线及其傅里叶幅值谱3、预期成果
（1）每一加载工况下，黄土斜坡内部孔隙水压力的增长和消散特征；（2）分析激振波类型、振幅、频率和方向对孔压响应的影响；
（3）根据孔压变化特征和宏观变形特征初步确定黄土的液化判据。