强震作用下反倾薄层岩质斜坡倾倒破坏机制及动力响应研究

反倾岩质边坡在三江并流地区具有广泛的发育和分布，其变形和破坏现象在该区域内所有边坡问题中，尤为突出，地震是诱发滑坡的重要动力因素，常常导致大规模的滑坡灾害。以金沙江左岸宗绒历史性堵江滑坡为例，设计并完成了缩尺相似材料振动台物理模型试验。通过加载不同类型的地震波以及不同频率、幅值，研究反倾薄层岩质斜坡的动力响应和变形破坏机制以及软弱破碎带的影响。试验结果表明，反倾岩质斜坡在强震作用下存在高程放大效应和趋表效应，幅值越大越明显。斜坡加速度放大系数增长速率受频率的影响要高于幅值的影响，在不同幅值下，加速度放大系数最大值出现在0.2g～0.3g。软弱破碎带的存在改变了斜坡动力响应特征，其厚度对地震波的放大效应存在明显的差异，为厚层段抑制，薄层段放大。幅值0.3g～0.4g为斜坡启裂的临界动力条件，0.7g～0.8g是斜坡失稳破坏的临界动力条件，其破坏过程大致可以分为3个阶段：(1)形成坡顶张拉裂缝和坡趾剪切裂缝；(2)裂缝的扩展和浅层块体的剪切破坏滑动-块状倾倒；(3)斜坡浅层的主滑面的形成，斜坡破坏。     

爆破地震波穿越边坡软弱夹层时的衰减特征

为防止含软弱夹层的岩质边坡受爆破地震波的影响发生滑动变形而失稳,形成滑坡灾害,研究了地震波穿越软弱夹层时的衰减特征。建立相似实验模型和动力有限元数值模型,对软弱夹层两侧岩体的振动速度、加速度进行了对比。结果表明,地震波穿过软弱夹层后其振动速度和加速度显著减弱,软弱夹层与两侧岩体的波阻抗比值越小,地震波振动速度衰减程度越高,若夹层与两侧岩体的波阻抗之比达到1∶10以上时,振动速度可降低80%以上。地震波穿过顺倾软弱夹层时衰减幅度较反倾夹层略大。由于软弱夹层振动幅值发生突变,软弱夹层内产生了附加剪切作用力,可导致软弱夹层的损伤或破坏。     

爆破地震波穿越边坡软弱夹层时的衰减特征

为防止含软弱夹层的岩质边坡受爆破地震波的影响发生滑动变形而失稳,形成滑坡灾害,研究了地震波穿越软弱夹层时的衰减特征。建立相似实验模型和动力有限元数值模型,对软弱夹层两侧岩体的振动速度、加速度进行了对比。结果表明,地震波穿过软弱夹层后其振动速度和加速度显著减弱,软弱夹层与两侧岩体的波阻抗比值越小,地震波振动速度衰减程度越高,若夹层与两侧岩体的波阻抗之比达到1∶10以上时,振动速度可降低80%以上。地震波穿过顺倾软弱夹层时衰减幅度较反倾夹层略大。由于软弱夹层振动幅值发生突变,软弱夹层内产生了附加剪切作用力,可导致软弱夹层的损伤或破坏。     

爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律研究

当炮孔穿过含顺倾软弱夹层边坡时,爆炸冲击波与爆生气体不可避免地对软弱夹层产生推移、使其变形.利用ANSYS/LS-DYNA建立含软弱夹层的顺倾岩质边坡台阶爆破的有限元模型,分析了抵抗线、夹层初始厚度、夹层倾角这3个主要因素条件下,爆破作用下岩体顺倾软弱夹层的变形规律:1)随着抵抗线的增加,爆腔范围也越来越大,其厚度也随之越变越厚;2)夹层初始厚度越薄,爆破后夹层厚度增加率越大,同时也越容易被推移;3)随着夹层倾角的增加,夹层厚度峰值也随着增加,但其最终夹层厚度随夹层倾角的增加而减小.     

爆破近区地质结构特性对震动信号传播的影响研究

基于文献〔1〕提出的“爆破震动弹性区的信号是经过震源邻近区域等效地质结构滤波后传出的”观点,利用LS-DYNA程序对岩土介质中存在软弱夹层时的爆破震动过程进行了一系列数值计算,讨论了存在软弱地质结构面时自由表面震动信号频率特征的变化规律。比如:爆破点和软弱结构面的相对位置以及软弱结构面分布范围和刚度改变时,爆破地震信号频率特征的演化规律。这些规律说明了爆破邻近区域的结构特征对震动信号频率特征有着显著的影响,同时为各种工程地质结构(如地下裂隙、软弱夹层等)的识别提供了一种新的思路。现场爆破实验的结果也定性地验证了这些规律。     

爆破近区地质结构特性对震动信号传播的影响研究

基于文献〔1〕提出的“爆破震动弹性区的信号是经过震源邻近区域等效地质结构滤波后传出的”观点,利用LS-DYNA程序对岩土介质中存在软弱夹层时的爆破震动过程进行了一系列数值计算,讨论了存在软弱地质结构面时自由表面震动信号频率特征的变化规律。比如:爆破点和软弱结构面的相对位置以及软弱结构面分布范围和刚度改变时,爆破地震信号频率特征的演化规律。这些规律说明了爆破邻近区域的结构特征对震动信号频率特征有着显著的影响,同时为各种工程地质结构(如地下裂隙、软弱夹层等)的识别提供了一种新的思路。现场爆破实验的结果也定性地验证了这些规律。     

软弱夹层对爆炸应力波传播过程的影响研究

针对含软弱夹层岩体爆炸应力波的传播过程,采用数值模拟的方法,探讨了软弱夹层厚度、位置及角度对爆炸应力波传播的影响规律。研究结果表明:爆炸应力波在软弱夹层界面处发生反射,产生的拉伸应力波使应力波能量在迎波面汇聚,加剧该部分岩体的破坏程度。随着软弱夹层厚度的增加,前方岩体拉应力峰值增长作用由近迎波面岩体向炮孔周边岩体传播,拉应力峰值增长率逐渐提高;同时,夹层阻隔作用增强,后方岩体有效应力峰值衰减加快。软弱夹层与起爆中心的间距减小使得夹层前方岩体拉应力峰值显著增长,而对夹层后方岩体的阻隔作用逐渐减弱。应力波能量主要汇聚在软弱夹层的垂直方向,致使岩体爆破产生的裂缝偏离水平测线方向而向软弱夹层法线方向发展。研究成果可用于指导类似地层隧道爆破施工设计。     

不同坡面角度碎石土斜坡动力响应特征研究

设计并完成比例1∶100的小型振动台模型试验,坡面角度为35°、45°、55°,在满足相似律的条件下,输入不同频率X,Z双向正弦波,研究碎石土斜坡动力响应规律和变形破坏特征。结果表明高程对地震波具有放大作用;水平向加速度峰值放大效应强于竖直向;随着坡面角度增大,水平向或竖直向加速度峰值高程放大效应先增强后减弱,45°时最显著;坡体下部水平向加速度峰值随高程缓慢上升,坡体上部快速上升;竖直加速度峰值在整个高程内上升,无明显分界;随频率增大,坡体内同一高程水平向加速度峰值变大,竖直向加速度峰值先增大后减小,25 Hz时高程放大效果最明显。PIV结果表明坡度为45°,频率为25 Hz时,坡肩水平向运动最剧烈。碎石土斜坡易发生坡肩破坏。     

应用DDA方法分析竖井爆振稳定问题

采用非连续变形分析方法，就邻近开挖爆破所产生的震动对竖井稳定影响问题进行了模拟仿真分析。计算结果较好地反映了竖井周围岩体不稳定关键块在爆破振动作用下沿断层破坏、崩落的动力学过程。     

浅析滑坡的危害及对应措施

滑坡是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象，它经常会破坏地面工程、环境和造成人员伤亡、经济损失惨重等现状。本文就滑坡的形成因素进行了详细剖析，并提出了一些针对性的安全防护措施。     

地震作用下软弱夹层参数对岩质边坡锚固界面剪切作用影响

利用FLAC~(3D)软件建立了含软弱夹层的锚固岩质边坡数值模型,研究了软弱夹层参数对边坡位移响应和锚固界面剪切作用的影响,并通过正交试验对软弱夹层参数进行了敏感性分析。研究结果表明:锚固界面上的剪应力随时间呈阶梯式变化,且与地震动能量密切相关;随着软弱夹层厚度增加,边坡永久位移和峰值剪应力都增大,随着黏聚力和内摩擦角增大,二者减小,随着倾角增大,二者则先增大后减小;软弱夹层参数对界面剪应力的敏感性由大到小依次是软弱夹层倾角、黏聚力、内摩擦角和厚度。     

地震动参数对土坡地震响应的影响权重研究

影响边坡地震稳定性的地震动参数有多种。研究地震动参数与土坡地震响应的相关性对边坡工程的抗震设计和灾后应急救援有重要的理论和现实意义。基于有限元数值模拟和数学方法,选取了100条具有不同地震动峰值加速度(PGA)、地震动峰值速度(PGV)、阿里亚斯强度(AI)、绝对累积速度(CAV)、持时和特征周期的地震动记录,分析了不同特性地震动作用下土坡的动力响应规律,并探讨了地震动各参数与土坡地震动力响应的相关性。研究结果表明,地震动各参数对坡体变形位移的影响权重从高到低分别为PGV、PGA、AI、CAV、特征周期和持时,对坡体加速度的影响权重从高到低分别为特征周期、持时、PGV、AI、CAV和PGA。     

楞古栋滑坡的涌浪分析

在对研究区工程地质条件研究的基础上,通过现场调查、对楞古栋滑坡区的工程地质条件、滑坡的边界条件和滑坡的坡体结构进行研究,结合滑坡稳定性的影响因素,根据楞古栋滑坡坡表滑坡堆积物的地形地貌、地质结构以及变形失稳破坏的模式等,选取纵剖面作为计算依据;以边坡稳定性计算时采用的强卸荷带内组合结构面以及基覆基面作为滑动面;塌滑范围依据平面地质图上的潜在滑移体的边界。考虑斜坡稳定性、坡体结构、失稳破坏的机制,结合工程实际情况,对岸坡进行失稳后的涌浪计算分析。     

SV波斜入射下河谷地形地震动分布特征分析

基于黏弹性边界结合等效荷载的输入方法,实现了平面SV波斜入射的地震动输入。研究了SV波入射角度和河谷斜坡坡度对河谷场地地震动放大系数分布特征的影响。结果表明:地震波入射角度和斜坡坡度越大,斜坡坡面以及坡顶平台一定范围内的地震动放大系数越大,坡顶平台的影响宽度也越大;地震波从左侧倾斜入射时,河谷两岸地震动放大系数呈不对称形式分布,且入射角度越大,河谷左岸x分量的地震动放大系数越大,河谷右岸z分量的地震动放大系数越大,不对称现象越明显;以不同角度入射时,坡顶处地震动放大系数和坡顶平台影响区域均随坡度的增大呈线性增大趋势;入射角度与斜坡坡度越大,坡顶处水平加速度反应谱越大,反应谱峰值有向右偏移的趋势。     

岩体软弱夹层对爆破震动信号影响的试验研究

岩体中的软弱夹层对爆破震动信号有明显的影响。在南宁市郊区一采石场进行了软弱夹层影响爆破震动信号的试验,在试验中采用了无线网络控制的爆破震动信号测量系统,并针对以前试验中的不足,改变了药包起爆顺序,试验结果表明：在软弱夹层上方爆破的震动信号时域曲线比较规整简单,频域曲线主峰非常突出明显且高频部分很少;在软弱夹层处及其下方爆破的震动信号时域曲线相对软弱层上方要复杂的多,频域曲线叠加了较多的高频成分,曲线中呈现多峰特性。依据试验结果提出了采用爆破震动信号识别软弱夹层的近似简便方法,并对该法的原理和适用性进行了分析     

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板考虑几何非线性的能量释放率数值分析

基于一阶剪切变形理论,zig-zag变形假定和von Karman大挠度理论,提出了含不同形状面\芯开裂损伤复合材料夹层板在受压缩载荷作用下的开裂前缘能量释放率研究的有限元分析方法,研究了在轴向应变作用下,具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层断裂力学行为,并讨论了在大变形下几何非线性对能量释放率分布规律的影响。通过典型算例分析表明:具有面\芯开裂损伤复合材料夹层板的分层前缘能量释放率的大小和分布规律与开裂面积、开裂形状和受载方向有关。     

爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性和变形破坏特征的影响

为研究爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性的影响,采用中科院武汉岩土所自主研发的CASRock软件系列模块,即弹塑性细胞自动机EPCA3D动力模块,分析了爆破荷载作用下不同方向中间主应力(水平方向、隧道轴向)、软弱夹层与隧道距离(2r、1r、0.5r、0.25r)和软弱夹层倾角(0°～90°)对隧道围岩稳定性的影响。以等效塑性应变为破坏特征量分析围岩的损伤程度,发现当中间主应力沿隧道轴向时对围岩稳定性基本无影响;当中间主应力沿水平方向时隧道围岩稳定性随着中间主应力的增大逐渐增强;软弱夹层越靠近隧道边界产生的影响越大;软弱夹层倾角对隧道围岩的影响程度随角度增长先增大后减小,在60°至75°范围内影响程度达到最大。     

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

本文作者基于"zig-zag"模型和Mindlin一阶剪切变形板理论,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征,分别提出了分层模型和多标量损伤模型,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton-Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。     

软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展影响的研究

为研究平行于炮孔的软弱夹层对岩石爆破裂纹扩展的影响，通过制作含不同软弱夹层的水泥砂浆试块进行爆破模拟试验，并用高速摄影仪对试块爆破裂纹扩展过程进行观测。同时，通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对含不同软弱夹层试块的爆破裂纹扩展起因进行数值模拟分析。结果表明：随着软弱夹层强度的降低，软弱夹层侧爆炸反射应力波强度逐渐增加、透射应力波强度逐渐降低，这使得软弱夹层侧裂纹扩展速度逐渐增加、裂纹扩展也越充分。同时，随着软弱夹层强度的降低，爆炸应力波在软弱夹层侧的衰减速度逐渐加快。试验结果与数值模拟结果具有较强的一致性，表明数值模拟对实践具有一定的指导意义。     

亮水凼斜坡变形机制的离散元数模拟

为合理解释亮水凼地区上硬下软型斜坡的弯倾特征和发育规律，进而防护和变形避免造成灾害损失，本文采用离散单元法进行计算机模拟。计算结果完整再现了该类斜坡的变形过程，揭示了亮水皮变形的内在机制。