地震作用下折线型滑面斜坡的动力响应 “研究生论坛”稿件

折线型滑面斜坡是一种常见的滑坡类型,在地震作用下的动力响应非常复杂。为了研究地震作用下折线型滑面斜坡的动力响应,应用动力响应时程分析法,利用大型有限元软件ANSYS建立了数值模型。首先分析了模型在静力作用下的力学特性,然后对模型输入地震波,分析模型在动力作用下的动力响应。通过分析得到,斜坡在地震动力作用下出现了应力转移,节理上下两侧岩层发生错动,由于锁固段的存在,斜坡下部错动大于上部。研究斜坡属于后发型滑坡,地震作用虽未使斜坡发生破坏,但由于地震作用的累积效应,使斜坡的稳定性降低。     

汶川地震诱发滑坡方向效应研究

针对在野外调查过程中发现汶川地震灾区的一些特殊区域,滑坡的滑动方向呈现出一些与地震动力直接相关的异常现象,作者对典型研究区进行了详细的遥感解译,统计了不同坡向上滑坡灾害的发育密度和大型滑坡滑向与发震断层的关系,得出汶川地震诱发滑坡具有"背坡面效应"和"断层错动方向效应"."背坡面效应"是指在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧."断层错动方向效应"是指滑坡的滑动方向与发震断裂的活动方式和错动方向密切相关.在分析强震诱发滑坡成因机理时,应加强对2种因素和效应的研究:1)地震时断裂的突然错动所产生的直接动力对斜坡失稳的初始驱动作用;2)地震过程中地震波在斜坡山体内传播的折射、反射以及由此引起的坡体内应力的变化.     

陡倾顺层斜坡动力失稳机理分析

针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题,以"5·12"汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型,在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上,提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明:陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主,陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主;在相同地震作用下,峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)放大系数与坡体高程总体成正相关,斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势;陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡,硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3,最大值在坡表的3/4处;软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0,最大值在斜坡顶部。此外,陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段:层面部分贯通滑移—锁固段震荡松弛—上部抛射—底部滑面贯通并失稳,而软硬互层斜坡的失稳机理则为:层面错动-部分贯通滑移—下部局部抛出-局部弯曲—高位横向扩展滑移—下部弯曲折断-整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。     

灾后重建专刊（开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析）

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5米、开挖10米、开挖15米和开挖20米不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律。分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化。     

不同形态开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5 m、开挖10 m、开挖15 m和开挖20 m不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律.分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化.     

陡倾顺层斜坡动力失稳机理分析（特约稿）

针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题,以“5·12”汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型,在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上,提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明：陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主,陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主;在相同地震作用下,峰值地面加速度（peak ground acceleration,PGA）放大系数与坡体高程总体成正相关,斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势;陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡,硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3,最大值在坡表的3/4处;软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0,最大值在斜坡顶部。此外,陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段：层面部分贯通滑移-锁固段震荡松弛-上部抛射-底部滑面贯通并失稳,而软硬互层斜坡的失稳机理则为：层面错动-部分贯通滑移-下部局部抛出-局部弯曲-高位横向扩展滑移-下部弯曲折断-整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。     

黄土-风化岩接触面型斜坡动力响应研究

以甘肃省天水市秦州区华岐乡海头村黄土-风化岩接触面型斜坡为研究对象,采用振动台模型试验与数值模拟相结合的方法,分析黄土-风化岩接触面型斜坡在不同地震烈度作用下的动力响应特征.结果表明:相同烈度地震载荷作用下,接触面处的峰值加速度(PGA)变化较其他位置明显,坡肩位置易产生裂缝并与接触面共同组成黄土-风化岩接触面型滑坡的滑裂面;随输入加速度振幅的增加,各测点的峰值加速度增加,水平位移随之增大,最大水平位移由坡肩沿接触面向下延伸至坡腰.     

基于GIS的耦合模型在斜坡稳定分析中的应用

在数字高程模型(DEM)的基础上,耦合无限斜坡稳定模型与稳定状态的水文模型研究浅层滑坡的分布问题。以楚雄双柏某一斜坡作为试验研究工点,研究降雨对滑坡发生、分布的影响机理以及斜坡在不同降雨条件下的变形失稳的定量预测问题,实现GIS支持下对斜坡体的稳定性进行可视化的分析与预测。并将预测结果与实际滑坡体作对比分析,在此基础上推算出该斜坡体及此区域的滑坡降雨阈值,为降雨型滑坡提供一种有效的预测与分析方法。     

震后降雨型碎石土斜坡稳定性的试验研究

地震作用改变了碎石土斜坡岩土体的结构和物理力学性质,导致震后降雨诱发滑坡的数量和规模有明显的增大趋势。现有关于地震和降雨对碎石土斜坡稳定性影响的研究,多采用理论分析与数值分析的方法,缺乏验证手段。地震和降雨的耦合作用对滑坡的影响机理极其复杂,无法定量分析地震和降雨因子对坡体稳定性的影响。以汶川地震灾区震后降雨型碎石土斜坡为研究对象,通过开展一系列的振动台模型试验,并辅以人工降雨和坡顶加载手段,分析了震后降雨型碎石土斜坡的稳定性。试验结果表明:施加地震作用的斜坡表面及内部易形成裂缝,坡体结构上部振松、下部振密,导致坡体上部降雨入渗速度快,饱和区域扩大,岩土体强度下降,滑坡体增重,渗透力增大,坡体稳定性下降。地震与降雨共同作用时斜坡的稳定性要小于地震或降雨单独作用的稳定性。随着地震强度或降雨强度的增大,碎石土斜坡的稳定性呈下降趋势。当地震强度为0或0.1g时,降雨强度为100 mm/h较无降雨时,斜坡极限承载力下降的比例要远大于地震强度为0.2g或0.4g时。即当地震强度较小时,降雨对震后碎石土斜坡稳定性的影响要大于地震强度较大时。研究基于物理模型试验,定量分析了地震和降雨对碎石土斜坡稳定性的影响,可为震后降雨型碎石土滑坡的预测预警提供参考。     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应分析

针对跨座式单轨列车过桥时行车的舒适性、安全性及桥梁结构完整性问题,本文以重庆菜园坝公轨两用桥为例,分析了轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应,建立了桥梁结构的三维模型,并将轻轨列车荷载进行了适当的简化,通过特征值分析获得了桥梁结构的模态及频率,分别考虑了地震和移动荷载单独作用下桥梁结构的动力响应,并考虑了两种作用同时存在时桥梁结构的动力响应。分析结果表明,轻轨列车荷载对桥梁结构局部性能影响比较大;车速的提升对桥梁结构的振动影响并不显著;地震作用与移动荷载单独作用下引起桥梁结构的振动存在耦合。该研究对地震作用下公轨两用桥的运营安全及设计具有现实指导价值。     

无衬砌圆形黄土隧洞围岩地震稳定系数

为得到地震下无衬砌圆形黄土隧洞的围岩稳定安全系数,应用抗剪强度折减法,建立静力与动力分析模型,采用ANSYS软件分别对圆形无衬砌黄土隧洞进行重力和地震下的动力响应分析,得到地震下无衬砌圆形黄土隧洞的剪切破坏规律,讨论了隧洞直径、覆土厚度以及地震烈度对无衬砌圆形黄土隧洞围岩抗剪强度安全系数的影响.结果表明,在重力和地震作用下,对介于1.15~2.00的无衬砌圆形黄土隧洞的抗剪强度安全系数只能满足初次衬砌要求,不能满足使用阶段要求.为保证结构的安全可靠,建议开挖之后尽快进行二次衬砌.     

Application and Validation of a Multi-block Constitutive Model at Landslides of the Wenchuan Earthquake （特约稿）

A multi-block model and a corresponding computer program have been developed which predict the kinematics of landslides. Furthermore, a unique event for studying different models simulating the triggering and movement of landslides is the 2008 Wenchuan earthquake in the mountainous region in Sichuan Province of China, which caused a large number of rapid landslides. The purpose of the paper is two-fold:(a) to propose and incorporate into the multi-block model constitutive relations predicting soil response along slip surfaces, and (b) to apply the multi-block model with the constitutive relations at landslides triggered by the Wenchuan earthquake. The proposed constitutive equations predict the shape of the shear stress-displacement response measured in ring shear tests. In the application, four landslides caused by the Wenchuan earthquake were considered. Only in one of these landslides the shear resistance-displacement response along the slip surface has been measured in laboratory tests. At this landslide, the triggering and movement of the landslide was predicted. In the other landslides, back analyses were performed and it was observed that the multi-block model predicted reasonably well the final configuration of all slides. In addition, as the measured and back-estimated total friction angle of all landslides was less than 18°, and the materials along the slip surface were sandy, it is inferred that some, or all of the slip surface during these slides was sheared in an undrained manner and excess pore pressures generated during sliding played a key role in the triggering and movement of these landslides. Concluding, the paper (A) proposed and validated a multi-block constitutive model which can be applied to predict the triggering and movement of earthquake-induced slides and (B) by analyzing four landslides of the 2008 Wenchuan earthquake, it concludes that some, or all of the slip surface during these slides, was sheared in an undrained manner and excess pore pressures generated during sliding played a key role in the triggering and movement of these landslides.     

Application and Validation of a Multi-block Constitutive Model at Landslides of the Wenchuan Earthquake

A multi-block model and a corresponding computer program have been developed which predict the kinematics of landslides.Furthermore,a unique event for studying different models simulating the triggering and movement of landslides is the 2008Wenchuan earthquake in the mountainous region in Sichuan Province of China,which caused a large number of rapid landslides.The purpose of the paper is two-fold:(a)to propose and incorporate into the multi-block model constitutive relations predicting soil response along slip surfaces,and(b)to apply the multi-block model with the constitutive relations at landslides triggered by the Wenchuan earthquake.The proposed constitutive equations predict the shape of the shear stress-displacement response measured in ring shear tests.In the application,four landslides caused by the Wenchuan earthquake were considered.Only in one of these landslides the shear resistance-displacement response along the slip surface has been measured in laboratory tests.At this landslide,the triggering and movement of the landslide was predicted.In the other landslides,back analyses were performed and it was observed that the multi-block model predicted reasonably well the final configuration of all slides.In addition,as the measured and back-estimated total friction angle of all landslides was less than 180,and the materials along the slip surface were sandy,it is inferred that some,or all of the slip surface during these slides was sheared in an undrained manner and excess pore pressures generated during sliding played a key role in the triggering and movement of these landslides.Concluding,the paper(A)proposed and validated a multi-block constitutive model which can be applied to predict the triggering and movement of earthquake-induced slides and(B)by analyzing four landslides of the 2008 Wenchuan earthquake,it concludes that some,or all of the slip surface during these slides,was sheared in an undrained manner and excess pore pressures generated during sliding played a key role in the triggering and movement of these landslides.     

Dynamic performance of cable net facade with consideration of glass panels under earthquake

Shaking table tests and theoretical analysis were conducted to study the dynamic performance of cable net facade with consideration of glass panels under earthquake. Firstly,the dynamic response of cable net faade under earthquake was investigated with shaking table test. Then the working mechanism of glass panels in coordination with cable net was proposed. Accordingly,a numerical simulation model of glass panel's working in coordination with cable net was built for the dynamic analysis.And then the seismic response was analyzed with this model theoretically. The study indicates that the seismic response of the cable net with glass panels on most occasions is mainly decided by the symmetric modes,and the first vibration mode is dominant. The damping of cable net facade is mainly decided by glass panels. And it is very good for cable net faade to restrain its dynamic response under earthquake.     

列车-地震作用下桥梁结构的动力分析

当列车行驶在桥梁上,同时又遭遇地震作用时,二者的振动叠加或在某个时刻产生共振,会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题,本文以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁为例,通过特征值分析,得到了所建模型各阶振动模态及其频率,并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析,同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明,结构的第一阶振型为横向一阶,所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著;地震作用与列车荷载作用相比,其在不同于加载方向产生的响应较小,两者共同作用时,响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。     

考虑竖向地震作用的LRB隔震结构优化设计

为了研究竖向地震作用对LRB隔震结构的影响,并改善其隔震效果,建立了耦合地震作用下LRB隔震结构的地震反应分析模型并推导出运动微分方程.以7层LRB隔震结构为例进行地震反应分析,研究结果表明当考虑竖向地震作用时,LRB隔震结构仍具有良好的隔震效果,但地震反应有不同程度的增加,且其增量随着竖向地震作用的增加而增加.建立LRB隔震装置的参数优化设计模型,采用IHGA程序对结构的进行优化设计.结果表明,LRB隔震结构在各种工况下的各项地震反应均得到更好地控制.     

带拱式转换层结构的弹塑性时程分析

拱式转换层是一种新型转换层结构形式,通过研究罕遇地震作用下带拱式转换层高层结构的弹塑性抗震性能,并利用弹塑性动力时程分析法对结构进行罕遇地震反应进行研究,结果表明：7度抗震设防时该结构采用下列加强原则是比较合理的,即转换层底部柱承载力增大系数分别为1．3（I类场地）、1．9（II类场地）、2．2（Ⅲ类和Ⅳ类场地）;转换...     

多自由度“加层”结构地震作用取值的复模态法

对多自由度TMD和"加层"减震结构地震响应及地震作用取值问题进行了系统研究.首先用复模态法将非经典阻尼非对称结构运动方程解耦,然后运用随机振动理论获得结构动力响应解析式,并建立将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系与反应谱的对应关系,确定结构动力响应表达式中各参数的取值,建立结构基于反应谱的设计响应及其等效静态地震作用的设计方法,并给出了算例,从而建立了非经典阻尼非对称结构基于反应谱的地震作用取值的一整套方法.