ANSYS在岩质边坡动力响应分析中的应用

在动力有限元理论的基础上运用ANSYS软件对不同高度和坡度的岩质边坡进行了模态分析和地震加速度时程分析,发现了一些新的动力响应规律和现象。模态分析显示:随坡高的增加边坡的自振频率呈降低的趋势;而坡度变化对其影响则具有相反的规律。通过地震加速度时程分析发现:边坡的位移、速度、加速度反应三量具有相似的响应规律;随坡高的增加坡顶位移时程曲线振幅增大,但达到一定高度时(约200m)则变化较小,同时坡顶处的地震动响应相对于坡脚处出现了明显的滞后现象;坡度增加时坡顶位移呈线性增加的趋势;地震波的衰减效应与边坡对其的放大效应是同时存在的。研究结果对边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析

为研究水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性，本文以某高填方边坡工程为背景，利用GeoStudio2012有限元分析软件建立模型进行分析，并对比分析多级高填方边坡与单级填方边坡动力响应结果。计算结果表明，边坡坡面和挖填交界面上动力响应规律表现为:位移幅值基本随着高程的增加而增加；速度幅值随着高程的增加先增大后减小再增大；加速度幅值随着高程的增加有减小趋势；多级高填方边坡动力响应规律与单级填方边坡动力响应规律不同，单级填方边坡位移幅值、速度幅值、加速度幅值均随着高程的增加递增；地震波在坡体内传播时，随着高程的增加具有滞后性。边坡稳定性随着地震加速度峰值的增大有所下降，相比静力作用，水平地震作用下边坡稳定性下降明显。本文相关研究可为西北地区黄土高填方边坡工程抗震提供一定理论依据。     

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。     

季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析

为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能，基于热-动力理论控制方程，应用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型，对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明：无论是夏季还是冬季，加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加，在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，同一地震烈度地震波激震时，夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大，表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。     

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.     

砂卵石大三轴试验及在边坡地形效应中的应用

汶川地震发生后,颠覆了砂卵石在动力作用下表现稳定这一传统认识,拟利用大型土工静、动力三轴试验,给出砂卵石的静力、动力特性参数,结合一个典型场地剖面,运用二维等价线性时程响应分析法,研究了场地地震动放大效应。结果表明,含砂卵石的场地具有地震动放大效应,随着边坡高度的增加,加速度、速度和位移均产生了放大作用。地震动反应谱由于受到砂卵石层的影响,使其高频成分非常丰富,放大作用显著。反应谱低频部分随观测点的高度变化,衰减指数差别显著,位置越高,加速度峰值越高,衰减越快,反之亦然。这些试验数据和研究结果,可为含砂卵石地区的工程抗震和边坡稳定性评价等工作提供参考,具有一定的工程意义。     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题。本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素。将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱值,研究边坡几何形态对边坡地震响应的影响。结果表明,坡高对坡面的速度放大影响明显,坡角对坡面加速度放大效果较强,而不同的坡面形状会造成不同的加速度响应规律,凹面坡加速度放大效果更小一些。该研究有助于地震边坡的稳定性分析并为边坡工程的抗震设计提供参考。     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

地震边坡非线性特征及敏感性分析

使用时程分析法研究边坡动力响应的非线性特征,基于强度判据的安全系数给出地震动峰值加速度以及能量持时阀值等参数对非线性特征的影响。研究认为:对于一定的岩土材料,边坡动力响应的位移、速度、加速度呈现出明显的非线性特征,具有较强的关联性,各质点具有统一的波形形式;位移和速度变化相对地震加速度变化有明显的滞后,质点加速度相对地震加速度有明显的同步性;地震动峰值加速度以及能量持时阀值的变化均对边坡安全系数和塑性区的分布有一定的影响。     

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。     

STUDY ON DYNAMIC RESPONSE AND INSTABILITY OF SOIL-ROCK MIXTURE DEPOSIT WITH DIFFERENT STONE CONTENTS AND SLOPE GRADIENTS

Soil-rock mixture deposit is an extremely heterogeneous loose rock-soil deposit formed since Quaternary, which is composed of blocks, fine-grained soil and pore with a certain engineering scale and high strength and has a certain stone content. These soil-rock mixtures accumulated on slopes have been completely destroyed and their mechanical strength is very low. They are widely distributed in the mountainous areas of Southwest China, which poses a great threat to the engineering. Earthquakes occur frequently in Southwest China, and the instability of soil-rock mixture deposit under seismic load is one of the important factors causing the damage to this type of deposit. The dynamic response of soil-rock mixture deposit under seismic load is an important index to study its instability mechanism under seismic load. Based on indoor shaking table model test, the influence of rock content and slope gradient on dynamic response characteristics of soil-rock mixture deposit was studied. In model tests, rock content is 30%, 40% and 50%respectively, and slope gradient varies from 20°, 30° and 40°. Two different seismic loading frequencies and three different excitation strengths were given. The peak acceleration(PGA)amplification coefficients in horizontal and vertical directions of soil-rock mixture deposit were analyzed under the change of rock content and slope gradient. The permanent displacement and deformation law of the top and foot of the slope of soil-rock mixture deposit were analyzed by model test. The experimental results show that the dynamic acceleration response characteristics of the soil-rock mixture deposits at the top and foot of the slope are different under different slope gradients and rock content conditions, and the horizontal PGA amplification coefficients of the soil-rock mixture deposits are also different. With the same seismic frequency and excitation intensity, the horizontal PGA amplification coefficient increases with increased slope gradient, and the rate gets faster. With the increase of stone content, the magnification coefficient of horizontal PGA decreases, and the higher the stone content, the slower the decrease rate of horizontal PGA magnification coefficient. When the slope gradient of soil-rock mixture deposit increases, the corresponding horizontal and vertical PGA amplification coefficients increase with the same seismic frequency and excitation intensity. The amplification coefficients of PGA in the vertical direction are different, but the overall magnification is weaker than that in the horizontal direction. The vertical PGA amplification coefficients of the foot, middle and lower parts of the slope are larger, while the vertical PGA amplification coefficients of the upper and middle parts of the slope tend to decrease. The higher the frequency of seismic wave is, the smaller the vertical PGA amplification coefficient corresponding to the same elevation will be, which indicates that the vertical PGA amplification coefficient is negatively correlated with the elevation. The variation trend of PGA magnification coefficient of soil-rock mixed deposit in vertical direction is different with the change of stone content. Under the same excitation intensity, the larger the slope gradient is, the larger the permanent displacement at the top of the slope will be, and the larger the rock content, the smaller the corresponding displacement at the top of the slope. The permanent displacement of the top of the slope is obviously larger than that of the foot of the slope, which indicates that the magnification effect of the top of the slope is obvious. After the vibration process and sliding of the landslide, the large-sized particles in the soil-rock mixture deposit move downward faster and slip on the surface of the deposit body. There was a very obvious phenomenon of particle sorting in the pile-up at the foot of the landslide body. The results of this study are of practical significance for the analysis of the dynamic response law of soil-rock mixture deposit under seismic load due to the change of rock content and slope gradient.     

进洞高程对黄土隧道洞口衬砌和仰坡动力响应的影响

针对黄土边坡与隧道洞口段衬砌的相互作用问题,运用数值模拟的方法分析了以不同进洞高程进洞时黄土隧道洞口段衬砌的动力响应特征和洞口仰坡的动力稳定性。结果表明:进洞高程越大,洞口段隧道衬砌的位移响应与内力响应越大;随着进洞高程的增大,坡面位移放大系数在减小,不同进洞高程进洞时坡面位移放大系数均呈先增大后减小再增大的变化趋势。在0.2~0.6H时变化最为剧烈,0.4H左右时位移放大系数达到了最大值;不同进洞高程进洞时坡面中心和水平方向距离隧道结构1.5D处的坡面位移放大系数变化趋势基本一致,其大小关系为:纯边坡位移放大系数 < 有隧道结构中面位移放大系数 < 距隧道1.5D位移放大系数;随着进洞高程的增大,剪应变增量和坡面位移均在减小,坡面的稳定性在增强。该研究可为黄土地区隧道进洞高程的选择提供一定的参考。     

坡地地形对地震动特性的影响分析

采用有限元有限差分方法，结合人工透射边界理论，研究局部坡地地形对地震动特性的影响，分析坡高、坡角对地形放大效应的影响。研究结果表明:坡地地形斜坡段各点反应谱谱比最大值沿坡高逐渐增大，坡脚点对地震动反应谱谱比呈缩小效应；坡底段各点反应谱谱比接近1；坡起平台段空间点受地形效应的影响较大；坡高和坡角对地形效应的影响较明显，当坡角不变时，不同坡高反应谱谱比曲线形状基本相同，峰值点对应的特征周期随着坡高的增加呈增长趋势，峰值点对应的反应谱谱比随着坡高的增加呈增大趋势，斜坡顶点阿里亚斯烈度比值在地形坡高超过一定数值后随着坡高的增加呈增大趋势；当坡高不变时，大部分频段内反应谱谱比最大值随着坡角的增加逐渐增大，斜坡顶点阿里亚斯烈度比值在坡角达到一定数值后随着坡角的增加呈增大趋势。     

基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性研究

顺层岩质边坡的抗震性指标大部分都是非确定的,无法用固定阈值衡量。提出基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性性能研究,将顺层岩质边坡看作若干个叠加的薄板;运用非确定性分析法计算各个薄板的动力安全系数和动力极限状态方程,并对顺层边坡动力极限状态方程进行求解,可得在地震作用力下顺层边坡动力可靠度指标与顺层边坡失效概率之间的关系;评估地震作用力下顺层边坡整体稳定性,同时综合考量顺岩边坡的最小平均安全系数以及平均失效概率,得出评估结果。实验结果显示,在地震作用力下,顺层边坡坡高、坡角、岩层倾角对顺岩边坡抗震性能影响显著,评估结果与实际结果一致。     

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。     

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...     

单面边坡的两种动力反应形式及其临界高度

把单面边坡的动力反应分为高边坡动力反应和低边坡动力反应两类. 研究了两种不同动力反应形式临界边坡高度的影响因素. 量纲分析表明弹性条件下边坡动力反应临界高度Hthre与构成边坡材料的动弹性模量Ed的平方根成正比，与边坡材料的密度ρ成反比，与边坡动力输入的特征周期T成正比. 结合弹性波动理论，利用大量数值模拟和统计分析得到了Hthre的表达式. 当边坡的高度大于Hthre时，边坡的动力反应呈现高边坡动力反应规律，当边坡的高度小于Hthre时，边坡的动力反应呈现低边坡动力反应规律.