纵横波时差耦合作用下地铁车站地震响应分析

以北京实测地震波作为输入,运用二维显示有限差分程序对北京地区常见的3层3跨矩形断面结构地铁车站进行了动力模拟分析,探讨了纵横波时差耦合作用下车站结构加速度、位移放大效应及动应力变化规律。计算结果表明地震纵横波时差耦合作用导致浅埋地铁车站结构受力变形过程为：首先纵波作用使得结构产生较大的竖向加速度,导致结构产生一定的正应力;继而纵横波时差耦合作用使得结构产生较大的水平加速度,此时结构内力达到最大,容易使得结构产生较大的拉应力;最终随着地震动力作用逐渐减小至消失,结构内力减小,恢复稳定。在地震动力作用下,地铁车站侧墙、中柱等结构的加速度自下而上均发生放大效应,且竖向加速度的放大程度远高于水平加速度。因地震纵波产生较大的竖向加速度,并且具有较强的放大效应,需重视距离震源较近地区的地下结构竖向抗震性能;而纵横波时差耦合作用下,结构的内力往往能达到最大值,是地下结构发生破坏的主控因素。     

地震动力作用触发的斜坡崩滑高差效应研究

运用岩石动三轴剪切试验及有限差分数值试验技术,对地震动力作用触发的斜坡崩滑破坏时的坡体力学特征值空间变化规律进行了研究。研究表明:(1)地震动力作用触发的斜坡体崩滑破坏具有显著的"高差"效应,即斜坡体先期崩滑破坏大多起始于坡肩部位;(2)斜坡体临界破坏应变有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界破坏应变小和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏;(3)斜坡体动态抗剪强度有随坡体微元埋深减小而减小的趋势,临界动态抗剪强度低和坡肩地震峰值加速度的优势放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏。     

地震动力作用触发的斜坡崩滑响应研究现状及展望

地震动力作用触发的斜坡崩、滑地质灾害因其巨大的致灾力引起了广泛关注,其研究主要集中在：①地震触发斜坡崩滑灾害特征和影响因素统计学分析,即从典型地震触发的大量斜坡崩滑灾害实例研究入手,从统计学角度分析地震崩滑灾害发育特征同地震参数（地震震级、地震烈度、震源深度、震中距等）和斜坡体特征（坡高、坡角、岩性、构造、水文地质条件等）之间的关系;②地震触发斜坡崩滑灾害的形成机制和动力响应特征研究,即分析地震波产生的拉压和剪切作用对斜坡体的影响及在这种作用下斜坡体发生的破坏和运动过程;③地震作用下斜坡稳定性评价和致灾预测研究,主要是评价、预测方法和技术的类别及特征。基于此阐述了该研究中存在的问题和今后的研究趋势。     

汶川地震崩滑灾害影响因素分析

为研究汶川地震崩滑灾害主要影响因素,在掌握汶川地震灾区公路沿线地震崩滑灾害资料基础上,选取典型段进行灾害统计分析,研究表明动力条件下斜坡失稳主要受斜坡岩体结构特征、地震动峰值加速度和斜坡动力响应特征三方面因素影响。地震动峰值加速度越高,地震崩滑灾害越发育。斜坡动力响应特征主要取决于地形地貌和地层岩性,陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区。斜坡岩体结构是控制斜坡变形破坏的主要因素,从研究斜坡动力失稳角度,提出了斜坡岩体结构类型的划分,分为土层及强风化层——基岩二元结构、块状结构、层状及似层状结构、碎裂结构、土层等5个大类12个亚类。     

汶川地震区崩滑堆积体强度现场直剪试验研究

以汶川震区漩口一带地震诱发的松散堆积体为研究对象,开展碎石土原状样和重塑样的现场直剪对比试验,探讨不同法向应力、不同粒度组成和不同含水率等条件下碎石土的剪切强度特性。研究结果表明,地质成因和岩土体结构相似、粒度组成不同且级配不良的碎石土的剪切强度特性具有相似性;原状样剪切强度明显高于相同干密度和含水率的重塑样;级配良好的碎石土应变硬化程度略高于级配不良的碎石土,当粒径大于5 mm的粗颗粒含量大于42.9%时,随粗颗粒含量增加,碎石土的内摩擦角增加,而粘聚力则先减小后增大;抗剪强度指标与含水率呈线性负相关关系,随着含水率增高,碎石土抗剪强度降低,其中粘聚力较内摩擦角下降更明显。综合前人研究和本次试验结果,建议汶川震区类似结构组分碎石土天然状态下的剪切强度指标c值取15±3 k Pa,φ值取30°±2°。     

切割斜坡断层的几何形态对斜坡地震响应影响研究

与一般重力环境的滑坡相比,地震诱发滑坡在形成机理、运动特征等方面差异显著。天然和降雨条件下,断层破碎带作为边坡的不连续结构面,往往对斜坡的稳定性产生不利影响。而在地震作用下,边坡内部的断层破碎带存在一定的滤波作用,有可能减弱边坡的地震动响应。为了探究逆断层几何形态对边坡地震动响应的影响,以汶川地震中牛眠沟滑坡、窝前滑坡、谢家店子滑坡及东河口滑坡为研究对象,概化出断层切割型斜坡的地质模型,利用3DEC离散元软件对不同断层破碎带宽度、倾角、位置情况下的斜坡地震动响应进行模拟。模拟结果表明：（1）随着断层倾角增大,斜坡总位移峰值和坡面加速度峰值表现出增大的趋势,斜坡更易失稳;（2）坡顶监测点的峰值加速度一般大于坡底与坡腰的值,随着断层破碎带宽度增大,对斜坡地震动响应的直接影响愈加明显;（3）断层的存在会增加斜坡失稳的可能性,断层位于坡顶时斜坡地震动响应随断层倾角和破碎带宽度变化的规律性更明显。本研究可为深入揭示地震作用下断层破碎带对斜坡稳定性的影响提供理论依据。本研究可为深入揭示地震作用下断层破碎带对斜坡稳定性的影响提供理论依据。     

地震作用下高陡岩质斜坡动力响应规律研究

在西南山区高陡单面斜坡研究基础上运用FLAC3D有限差分法对双面斜坡的动力响应规律进行分析,研究了斜坡坡高、坡角及顶宽变化对响应规律的影响,结果发现:对斜坡输入不同中心频率Ricker子波时,坡体卓越频率整体处于1~4 Hz之间,且斜坡不同部位卓越频率不尽相同。从规律上看,坡高决定了斜坡动力响应的表现形式,体现在坡高较低时加速度放大系数等值线平行于坡底而增大后变为平行于坡面展布的闭合区域,反映在放大效果上即为加速度随坡高线性增加（坡高较低时）,而后呈现增减反复出现的情况（坡高较高时）;另外,坡角增大未影响斜坡动力响应的表现形式,仅改变了斜坡内部放大系数等值线的走向,使得陡倾斜坡加速度水平及竖向放大效果均大于缓倾斜坡。双面斜坡随坡形变化的动力响应规律与单面坡近乎相同,但由坡形改变所致地震波反射与折射现象使得双面坡对地震波的放大效果更加明显,表现为放大系数等值线密集程度增大,加速度较相同单面斜坡成倍增加。      

库水位波动条件下黄土坡临江1~#崩滑堆积体稳定性研究

水库蓄水是诱发三峡地区库岸滑坡的主要因素之一,开展库水位波动条件下滑坡稳定性研究意义重大。通过现场地质调查、原位监测、理论分析和数值模拟等手段,对三峡库区黄土坡临江1~#崩滑堆积体在库水位波动条件下的稳定性进行了研究。利用现场监测数据,分析了滑坡体地下水位与库区水位的关系、滑坡体深部不同高程处位移随时间的变化值以及库水位波动对滑坡体变形的影响。采用三维离散元程序"3DDEC",对临江1~#崩滑堆积体进行了数值模拟,分析了库水位波动条件下滑坡体内应力、应变的变化规律,并提出了考虑干湿循环作用的强度折减法,定义了安全系数的求解方法。研究结果表明,三维离散元法结合强度折减法研究水库滑坡是可行的;黄土坡临江1~#崩滑堆积体在目前的调水曲线作用下处于稳定状态;由2013年12月16日巴东地震前后滑坡堆积体的变形可现低烈度地震对滑坡体的稳定性影响不大。     

重庆小南海地震崩滑体的基本特征及形成机制研究

通过对重庆小南海地震崩滑堆积体进行野外地质调查和工程地质勘察等相关工作,阐述了该崩滑堆积体的基本特征和形成机制,认为其形成过程经历了风化剥蚀震荡抛射崩滑堆积堵江成湖4个阶段,其岩体破坏形式为高度破裂或严重高度破裂状态,其岩体破坏过程以崩塌为主,滑动为辅。研究发现,小南海地震崩滑堆积体的最终形成是受地震构造运动及应力、岩体构造、地形地貌及地震波作用等因素综合作用的结果:(1)该区NE向黔江逆滑（右行）断裂与NNW向仰头山逆滑（左行）断层形成的X型地震构造组合及轴向呈NWW向的构造压应力使小南海断块内部发生张滑（左行）破裂而导致61/4级地震发生;(2)该区呈X形展布的3组主要构造节理是崩滑体发育的物质基础,大、小垮岩在地震波作用下最终发生了向山体临空面（约145~155方向）的各自崩滑;(3)从崩滑堆积体中发现的灰岩块石证明崩滑体原始地层中曾含二叠系栖霞组和茅口组灰岩,这为恢复崩滑前山体地形提供了直接证据;(4)崩滑体中堆积岩块直径分布区域沿约150方向自WN到ES依次递减,间接证明了地震时崩滑体抛洒方向为约150方向,且大、小垮岩分别形成堆积区,交叉堆积部分较少。     

地震作用时间对断层附近建筑物的灾害效应数值模拟分析

2008年5月12日发生的汶川8.0级特大地震使位于破裂带上盘的汶川县水磨镇硅业公司主楼发生严重破坏。为了研究地震作用时间对断层附近建筑物的灾害效应,本文是在现场调查分析的基础上,建立了二维有限元数值模拟模型,采用MIDAS/GTS软件对模型进行了动力数值模拟,得出了一些具有理论研究意义的规律性成果。     

GIS支持下降雨滑坡的启动机制研究与数字仿真

大气降雨对滑坡体的含水量和容重均有影响, 该影响具有一定的时间进程, 同时滑坡滑带土的含水率对内摩擦角和内聚力均有一定的影响。本文提出了滑坡启动的两种不同机制。通过降水滑体含水率滑体容重、滑带土内摩擦角、内聚力以及它们与滑坡稳定系数的定量关系及其时间效应, 建立起滑坡启动的速度、推力、方向和启动时间的预测、预报模型。     

路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析

永宁高速公路K117滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖2级形成的路堑边坡,开挖后产生典型平面滑动,在中部滑床形成长约25m的滑动槽,产生最远达35m的远程滑距,其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上,采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动,以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟,再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律;分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征,论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理,最后提出了预测及治理该类滑坡的6点建议。研究表明,在单斜地层开挖路堑,使顺倾向软弱结构面临空暴露时,可能诱发边坡整体卸荷松弛,产生较大的不平衡滑坡推力,而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感,不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面,伴随势能向动能的转化,产生高速远程滑动。     

液化型路堤边坡动力数值模拟分析

液化型路堤边坡动力稳定性问题涉及岩土工程与工程地震两个学科领域,是边坡工程与砂土液化的交叉课题。采用天然地震记录为输入条件,应用Finn本构关系模型,运用有限差分法,对填土+砂土+卵砾土地层组合的路堤边坡进行了全时程动力分析,探讨了地震作用下路堤边坡的液化初步规律和稳定性。数值模拟结果表明:地震作用引起了路基饱和砂土有效应力急剧减小,并导致路基砂土液化,引起路堤变形破坏。孔隙水压力的积累与消散不仅与地震记录序列存在对应关系,也与砂土所处的位置和深度有密切关系。地表变形破坏主要表现为路堤顶面发生震陷和拉裂破坏,坡底面产生挤压隆起变形。地面以下的变形破坏主要包括土体剪切破坏和深部砂土液化引起的侧向流动破坏。     

地震作用下某工程边坡动力稳定性数值模拟

以某工程边坡为例,采用人工合成地震动为输入条件,运用FLAC2D进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明:在地震动力作用下,边坡发生大变形(大于3.0m),塑性区沿覆盖层与基岩界面分布,界面岩土体发生塑性破坏,会发生整体性的远程滑动,必须采取措施进行综合治理,这一结论对处置库的选择和建设具有重要的工程应用价值。     

地形地貌对地震波放大效应数值模拟研究

采用FLAC3D 软件进行大量数值模拟,研究了地形地貌对地震波放大效应规律。结果表明:对于单面坡模型,斜坡较低时,坡体对天然地震波和简谐波的峰值加速度在竖直向和顺坡面向产生线性放大效应。斜坡较高时,若坡角低,两种波形的加速度等值线近似平行于坡面,天然地震波坡顶正下方极值性不明显,但随坡角增大而明显,坡面正下方可见若干条与坡面相平行具节律性的极小值条带,随坡角增大向一条极值带转化,简谐波在高低坡脚时坡顶面正下方区域内都出现等间距相间分布具节律性的极值条带,坡面正下方的极值带状性不如天然地震波明显,随坡角增大而消失; 若坡角高,两波形加速度放大系数顺坡面呈相间的极值圈分布。双面坡坡顶宽度越小,山脊越单薄,加速度放大效应越强烈,随坡顶宽度增大,坡肩加速度放大系数趋于稳定,双面坡对加速度放大效应强于单面坡。对加速度放大效应,多峰形双峰形单峰形,坡顶越不规则,加速度放大效应越强烈。V形河谷坡面上半部分加速度放大效应要强于U形河谷,U形河谷的谷底中部对地震波动力响应要强于V形谷。坡面局部不规则性只影响到坡面局部范围内的峰值加速度分布,坡高、坡角、坡顶几何特征为整个峰值加速度分布的控制因素。     

荷载作用下输气管道变形数值模拟

地下输气管道占压受害日益成为一个突出的问题,对荷载作用下输气管道稳定性的安全评价显得尤为重要。本文建立了管道受压的三维数值计算模型,对占压情况下的管道变形与力学状态进行了研究,并且对管道力学状态影响因素进行了分类讨论,这对于管道占压灾害的预防和研究有着十分重要的现实意义。     

强震作用下陡倾顺层岩质边坡失稳机制研究

安县茶坪乡冷浸沟陡倾顺层岩质边坡在\     

地下水对边坡稳定性影响的数值模拟研究

边坡的失稳与地下水有很大关系,针对这一特点,利用有限元方法分析了地下水的变化对边坡稳定性的影响,研究了在地下水作用下,边坡体内应力场及位移场的分布规律。同时采用有限元方法、瑞典圆弧法(Fellenius 法)、简化毕肖普(Bishop 法)、简布法(Janbu 法)等多种边坡稳定安全系数分析方法计算了不同地下水位条件下边坡的安全系数,综合分析地下水位变化对边坡稳定性的影响,为边坡防护体系的设计提供理论依据。     

岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟

为了能够更好地考虑裂隙渗流在岩石边坡破坏中的作用,在考虑裂纹扩展的数值流形方法程序基础上,从最小势能原理出发,阐述了渗流与变形的耦合作用机理并推导了相应的耦合方程,在程序中实现了对渗流与断裂的模拟。最后利用该程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟。模拟结果很好地再现了边坡在渗流作用下的实际破坏过程。同时通过对裂纹扩展过程中应力强度因子的计算发现,第一应力强度因子始终大于第二应力强度因子,且随着计算时间增加,二者的差值逐渐增大,裂纹扩展以Ⅰ型为主。     

开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。