含泥化夹层反倾岩质边坡动力响应的大型振动台试验

针对含泥化夹层反倾岩质边坡制作相似比为1∶30的试验模型进行大型振动台试验,研究泥化夹层饱水前(天然含水状态)和饱水状态下边坡的加速度和位移响应规律,探讨边坡的破坏模式。试验结果表明:泥化夹层饱水后坡面水平向加速度放大系数小于饱水前;泥化夹层饱水前和饱水后随着相对高度的增加,坡面水平向加速度放大系数呈现非线性增加的趋势,其整体上大于坡体内部的加速度放大系数;坡面位移从下至上在泥化夹层饱水前,呈现出非线性增长特性;饱水后位移呈先增大后减小,临近坡肩处坡面最大,坡面呈现鼓出形态。泥化夹层饱水前,在幅值为0.3g的地震波作用下坡体仅出现坡肩局部掉块;饱水后,输入地震动幅值≥0.4g时,坡体先出现坡肩的局部掉块,随后坡体沿中上部的饱和泥化夹层滑动剪出,与此同时,坡体中上部出现纵向裂隙并与水平裂隙贯通,坡顶被震碎。     

地形效应影响下地震动参数与斜坡稳定性的相关性研究

地形对地震动的影响比较复杂, 考虑地形放大效应的地震滑坡稳定性分析需要选择合适的地震动参数. 本文使用自贡地形影响台阵记录到的2008年汶川M_S8.0地震主震加速度记录, 分析了地震动峰值加速度、 阿里亚斯烈度以及90%能量持时随地形高度的变化, 探讨了地形效应作用下峰值加速度和阿里亚斯烈度与地震动作用下斜坡稳定性的相关性. 结果表明: ① 地形场地对峰值加速度和阿里亚斯烈度均有显著的放大效应. 地形放大效应较为复杂, 其整体上随台站高度的增加而增大, 水平向的放大效应大于竖直向. 水平向峰值加速度的放大系数为1.1—1.8, 阿里亚斯烈度的放大系数为1.2—3.3; 竖直向相应放大系数分别为1.1—1.3和1.2—1.7. ② 地形对地震动持时也有一定的放大效应, 但不同高度、 不同分量的放大效应没有显著差异, 其放大系数均约为1.3. ③ 阿里亚斯烈度和峰值加速度均能很好地表征地形对地震动的影响, 与地震动对斜坡稳定性的影响具有很强的相关性. 与峰值加速度相比, 阿里亚斯烈度综合了地震动的多方面特征, 可以更好地表征地形对地震动的影响, 与地震动作用下斜坡稳定性的相关性更强.      

地震动参数对边坡地震响应的影响规律

选取了具有不同峰值加速度、频谱和持时的6组地震动加速度时程作为输入,基于有限元数值模拟方法建立了二维均质边坡有限元模型,模拟分析了不同地震动作用下边坡模型的加速度和位移响应,揭示了地震动峰值加速度、频谱和持时对土坡地震响应的影响作用及其规律.研究结果显示:地震动峰值加速度、频谱和持时对土坡地震响应均有显著的影响,其中,边坡坡脚处和坡肩处的变形位移随地震动峰值加速度、特征周期和持时的增大而增大,坡体临空面各点的峰值加速度放大系数呈现随输入地震动特征周期的增大而增大、随输入地震动峰值加速度的增大而减小的规律.研究结果可为地震作用下边坡稳定性设计及防治研究提供参考.      

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

考虑地震波激振方向的浅埋偏压双联拱黄土隧道动力响应规律研究

以实际工程为背景,在模型试验结果和数值模拟结果验证合理的基础上,通过建立三维数值模型,研究兰州人工波在不同激振方向下坡-隧体系动力响应规律,通过小波包变换从能量和频域角度对衬砌结构动力响应规律进行分析。研究结果表明：水平、竖直面内垂直隧道轴向(X、Z)的地震波在隧道最大埋深处引起较大响应,水平面平行于隧道轴向的地震波(Y)对埋深较浅的洞口处的结构最为不利。频率在0～12.5 Hz范围内的低频波是引起隧道结构响应的主要波段,该频段中竖直向地震波(Z)能量相较于其他方向地震波能量占比最高。地震作用中衬砌结构的存在对坡体内的围岩变形有一定的抑制效应。X、Y向地震波容易引起坡脚附近的围岩发生剪切破坏,Y向地震波对隧道洞口段仰坡的稳定性影响最大;Z向地震波容易造成坡顶附近区域围岩的拉伸破坏,且对隧道拱顶附近产生最不利响应。研究成果对浅埋偏压双联拱隧道的抗震优化设计具有借鉴意义。     

强震作用下核电厂顺层软岩高边坡组合支挡结构抗震性能研究

在综述国内核电厂高边坡案例研究进展的基础上,以某核电厂含泥化夹层顺层软岩高边坡为例,探讨应用多种方法综合分析其在地震作用下的动态放大效应、抗震性能和加固效果的分析思路。首先,基于典型二维计算剖面,采用拟静力法对边坡进行初步加固设计;然后,基于振动台试验和数值计算,研究边坡动态放大效应、支挡结构的动力响应和抗震性能,探讨边坡抗震参数优化取值。研究结果表明:(1)原位边坡坡面的加速度放大系数随高度增加而增大,且泥化夹层饱水后的放大系数要大于饱水前,水平向最大值为1.90;(2)加固后边坡动态放大系数显著降低,水平最大放大系数为1.31,垂直向基本为1.0,锚索抗滑桩以下边坡基本不存在放大效应,说明软岩高边坡采用锚索抗滑桩和锚索框架抗震性能较好;(3)PGA=0.21g时,边坡整体抗震性能较好,仅最顶部锚杆和中部锚索受力超过设计锚固力,分别超过设计值的20%和5%,适当加强即可;(4)数值计算得到的加速度放大系数分布规律与振动台试验结果较为一致,且两者得到的坡顶加速度放大系数也十分接近。研究成果可为核电厂软岩高陡边坡抗震安全评价和工程设计提供技术支持。     

基于拟动力法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

地震力作用下土质边坡动态稳定性研究对实际边坡工程有着重要的意义。采用拟动力法结合简化毕肖普法研究坡顶抗滑桩加固土质边坡在地震力作用下的动态稳定性。尽管拟静力法是目前处理地震力最为广泛的方法之一,但其局限性在于无法考虑地震力随时间变化且忽略了地震波在土体中的传播。而拟动力法采用正弦波模拟地震波在土中传播,并考虑地震波从坡脚传递到坡顶的相位差以及阻尼力对边坡稳定性的影响,通过边坡安全系数的变化揭示土质边坡在地震力作用下的稳定性变化规律。将得到的结果与拟静力法进行对比,突出了拟动力法的优势。最后,考虑水平地震加速度系数、加速度幅值放大系数以及土体内摩擦角对边坡稳定性的影响,以期对实际工程提供理论借鉴。     

岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响

利用FLAC3D软件模拟地震作用下不同岩层倾角的顺倾向边坡,对比坡面峰值加速度放大系数、峰值位移、地震作用结束后坡体剪应变增量的变化规律,探讨岩层倾角对顺倾边坡地震效应的影响。研究表明:(1)在水平地震波作用下,坡面水平峰值加速度放大作用随岩层倾角增大而线性减小;(2)当岩层倾角小于软弱岩层内摩擦角时,坡面峰值位移较小且变化规律受岩层倾角影响不明显,当岩层倾角大于软弱岩层内摩擦角且小于30°时坡面峰值位移增大,大于60°时减小;(3)岩层倾角小于坡角时,残余剪应变增量最大值集中在坡面中下部软弱岩层处,反之,剪应变增量最大值出现在整个坡面并呈弧形区。     

近断层地震动作用下土质边坡动力响应研究

根据汶川地震中滑坡多沿断层分布的特点,利用FLAC有限差分软件建立了一个土质边坡动力数值分析模型,分别研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作用下边坡的动力响应.结果表明:含速度脉冲地震动对边坡的破坏作用远强于无速度脉冲地震动,且具有滑冲效应的地震动引起的边坡动力响应稍大于向前方向性效应地震动.近断层地震作用下,边坡水平方向绝对峰值加速度分布存在沿高程放大效应.具有向前方向性效应的地震动会增强边坡加速度的高程放大效应而具有滑冲效应的地震动则在一定程度上削弱了这种放大效应,且边坡中下部绝对峰值加速度值相对于向前方向性效应地震动和无速度脉冲地震动引起的绝对峰值加速度值较大.     

基于台阵记录的土层山体场地效应分析

选取2008年5月25日至8月7日期间由甘肃省文县上城山地形效应台阵获取的12次汶川地震余震事件(M_S≥4.0),在分析其地震动基本参数的基础上,采用参考场地谱比(RSSR)法和水平-竖向谱比(HVSR)法,研究了不同地震作用下上城山地形台阵的场地效应.分析结果显示:随着高程和覆盖层的增加,记录台站地震动的PGA呈增大趋势,地震频谱形状由宽变窄;上城山台阵记录到的地震波在地形基阶频段(2—4 Hz)和浅部土层频段(7—9 Hz)的幅值明显放大,RSSR曲线显示山顶NS向的土层频段谱比大于山体地形频段谱比;由于土层山体竖向地震动在中高频段放大,使得HVSR方法谱比结果在中高频段较RSSR方法所得结果明显偏低,而在山体基阶频段附近两种方法的谱比值接近.松散土层山体的台阵记录特征体现了地形和土层对地震动的联合作用,揭示了强震区起伏地形场地震害加重及地震滑坡集中发生的原因所在.      

一种分析岩土模型地震受力变形的方法

在国内外岩土模型动力试验中,一般以图表形式对监测区域进行逐一动态分析,无法直观形象的掌握试验模型整体受力变形,为深入分析动态响应机理带来一定的不便。以前-后排抗滑桩加固斜坡桥基的大型振动台模型试验为例,通过在岩土体中埋设一定数量的自制磷青铜带和水平加速度计,监测滑坡变形和加速度响应,结合已知测点的水平坐标和竖向坐标,利用Renka Cline随机矩阵生成方法转换为数字矩阵形式,据此绘制坡体变形及PGA放大系数的二维等势图。试验结果显示,二维等势图能合理反映斜坡PGA放大系数的变化规律,揭示振动波作用下斜坡变形破坏的基本特征,研究结论和试验现象保持一致,满足斜坡模型整体受力变形分析的基本要求,可以作为一种实用的试验分析方法。     

组合支护结构作用下反倾层状岩质边坡加速度响应振动台试验研究

设计并完成一个1∶30的大比例尺高陡反倾层状岩质边坡的振动台模型试验,坡体内部有6个软弱泥化夹层,研究在组合支护体系作用下EL Centro地震波和汶川-清屏地震波激振下泥化夹层含水量发生变化时边坡的加速度动力响应规律。试验结果表明:(1)坡面X、Z向加速度放大系数均具有非线性高程放大效应,但前者大于后者;(2)泥化夹层含水量的变化对坡面加速度放大效应影响显著,注水后X向减小而Z向增大;(3)支护体系作用下边坡临空面放大效应的现象受限制,预应力锚索抗滑桩以下边坡基本不存在加速度放大效应;边坡分级支护可有效降低X向加速度放大系数的高程增大效应,但对Z向会产生不利作用;(4)边坡的破坏模式为上部受软弱夹层滑动牵引而发生倾倒-拉裂变形,导致顶部框架梁有可能最先发生破坏,且破坏类型可能以绕坡顶为支点向坡体内侧转动,引起上部的锚索产生拔出破坏。     

Seismic passive resistance with vertical seepage and surcharge

Present paper focuses on the computation of the seismic passive earth pressure acting on a vertical rigid retaining wall by a soil mass subjected to vertical steady-state seepage and a uniform surcharge load. Based on the basic assumptions of Coulomb's theory and a pseudo-static method of analysis, a general solution for the passive earth pressure containing two coefficients is presented. In the solution, many parameters, such as unit weight of saturated soil, soil effective internal friction angle, soil/wall friction angle, water/soil unit weight ratio, surcharge intensity coefficient, horizontal and vertical seismic acceleration coefficients, Poisson's ratio of soil mass, hydraulic gradient, and coefficients of pore water pressure, are considered. The effects of hydraulic gradient and seismic forces on passive earth pressure coefficient and passive earth pressure distribution are investigated. The results indicate that passive earth pressure increases with increasing hydraulic gradient for downward water flow case, but decreases for upward water flow case, and that the presence of seismic forces induces a reduction in passive earth pressure.     

典型斜坡地形地震动特征分析

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例,通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1,顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值,且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大,坡顶处约为3;顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz,垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高,为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应,数值模拟结果表明,斜坡坡顶处的位移放大作用显著,坡脚处放大作用较小;介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显,尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应,在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波,坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。     

层状结构岩质边坡动力稳定性试验研究

介绍了所进行的层状结构岩质边坡动力稳定性试验。结果表明，在水平地震动加速度达到0．4g时，层状结构岩质边坡就会出现局部的层间错动现象，当水平地震加速度达到0．8g时，层间结合力较弱的边坡将发生大面积的表面滑动和崩塌。而在铅直地震力作用下，当地震加速度达到1.0g时，才会出现破坏现象。因而对层状结构岩质边坡来说，其水平地震力造成的危害是主要的。     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

单体边坡地形的地震动力响应及其放大效应的数值分析

本文采用隐式动力有限单元法研究了不同的边坡角度和边坡高度对地形放大效应的影响,并以位移峰值放大系数为衡量地震动放大效应的标准,计算了不同边坡角度和边坡高度条件下的地震响应,在此基础上对模型关键监测点的输出波形以及位移峰值放大系数的变化趋势进行了分析,获得了不同监测点处的地震动时程曲线,揭示了坡角和坡高对单体边坡地震动放大效应的定量作用规律。数值结果表明,相同高度处坡面监测点的水平向位移峰值放大系数大于坡内监测点的,地形放大效应在水平方向具有趋表效应。由于坡面存在入射波和反射波的叠加,因此竖直向位移峰值放大系数的最大值出现在坡体内部。      

基于FLAC3D路桥不稳定边坡治理工程的动力响应研究

抗滑桩广泛应用于边坡支护工程,但路桥不稳定边坡抗滑桩对其进行加固时,其在地震作用下的动力响应问题仍未定论。以道真至瓮安高速公路河槽大桥不稳定边坡治理工程为依托,以SIMQKE_GR软件拟合地震设计反应谱,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,对比地震作用下抗滑桩等支挡结构设立与否对路桥不稳定边坡的动力响应变化规律的影响。结果表明:（1）加速度放大系数无论是沿坡内还是抗滑桩,其值沿竖向均存在一定的震荡变化,但在抗滑桩支护情况下,其震荡幅度明显变小,加速度放大系数变化更平稳。（2）速度放大系数随着高度的增加逐渐减小,未加抗滑桩时速度放大系数在顶层附近出现大幅度波动,添加了抗滑桩的情况下其震荡幅度明显趋缓,变化更稳定。（3）坡体在施加抗滑桩后,治理效果明显,残余位移最大值由无抗滑桩的16.9 cm变为有抗滑桩的1 cm,但最大值均位于边坡表层碎石土和粉质黏土附近。     

黄土斜坡动力响应特征分析

斜坡动力响应特征与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近斜坡卓越频率就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。汶川地震对远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取汶川地震典型黄土斜坡场地,利用地形台阵流动观测和数值模拟计算相结合的方法,系统开展强震动作用下黄土斜坡场地动力响应特征研究。结果表明:坡顶卓越频率最小,其PGA放大系数甚至达到坡底的1.98,这种现象可能与斜坡高差和入射波波长之比密切相关,比值0.2时坡顶放大效应达到最大。随斜坡坡度增加,放大效应增强,坡顶反应谱卓越周期放大系数可达5,说明斜坡地形对强震地面运动有显著影响。数值计算结果与实际强震观测基本吻合,其结果对黄土地区建设工程抗震设防具有重要的科学与实际意义。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究（Ⅱ）——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值（PGA）逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波（经时间相似常数4.47压缩）时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波（经时间相似常数4.47压缩）时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的（潜在）滑动面。