黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明：黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。     

地震和降雨耦合作用下黄土边坡动力响应的振动台试验研究

2013年岷漳Ms6.6级地震诱发的永光村泥流状滑坡表明,单一因素下稳定的黄土边坡在地震和降雨耦合作用下会诱发严重的岩土灾害。因此,基于防御与减轻地震灾害的现实需求,开展了地震和降雨耦合作用下黄土边坡振动台模型试验,通过加载卓越频率差异较大的原始波和压缩波,研究了地震和降雨耦合作用下黄土边坡的动力响应特征。试验结果表明:边坡动力作用过程,土体微结构不断损伤演化,土体动力参数——共振频率与阻尼比随动载强度增大不断调整变化,从而引起边坡不同部位加速度响应特征(频谱、幅度)的变化。PGA放大效应取决于边坡自振频率与荷载主频接近程度,当二者愈接近,放大效应越明显,反之放大效应越弱甚至响应衰减(放大系数小于1)。根据边坡模型宏观变形以及相关物理量的变化特征,地震和降雨耦合作用下的边坡失稳破坏过程可划分为:弹性动变形阶段、残余变形快速增加阶段、液化滑移阶段,不同阶段边坡动力响应各具特点。     

地震作用下黄土边坡震陷破坏的动力离心模型试验研究

为研究黄土边坡地震动响应机制,以兰州地区典型边坡为原型,设计并完成了几何比尺1∶20的原状黄土边坡动力离心模型试验。系统地研究了黄土边坡的地震动力响应特性、黄土边坡的稳定性和震陷变形规律。表明黄土边坡的加速度放大效应随坡高呈非线性增大变化,且在坡体顶部到达最大;边坡坡面的动力放大效应大于坡体内的动力放大效应;边坡断面内坡肩下动力放大效应大于坡中下动力放大效应。强震作用下黄土边坡破坏形式表现为坡顶有明显的震陷下沉,坡顶、坡肩及坡面出现大量的震动裂隙。由于坡肩及破面震陷变形,以及坡体内震动裂缝发展,边坡中下部坡面出现挤出、隆起变形,并向临空面方向产生移动。坡体内震动裂缝发展形成了潜在滑移面,为边坡产生整体滑移提供了条件。     

陕西某黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

结合陕西某煤矿黄土高边坡工程实例,在地质调查和试验分析基础上,采用强度折减法和非线性动力分析法,对天然工况和地震工况下的黄土高边坡稳定性进行数值模拟分析研究,得出以下主要结论：采用有限差分法(FLAC^3D)和有限元法(GTS)分析计算的边坡稳定系数基本吻合,潜在滑移面基本一致;数值模拟分析显示,地震作用下,黄土高边坡坡体应力和应变值均有提高,特别是坡脚处应力、应变变化显著,研究表明边坡应力、应变值随着地震动峰值加速度的增大、边坡坡度的增大,变化明显;非线性动力法能够更加直观地通过观测点的加速度、速度、位移曲线来判断黄土高边坡的稳定性。通过采用不同数值模拟方法对黄土高边坡稳定性进行分析,可为黄土高边坡优化设计提供参考依据。     

结合Morgenstern-Price法与Sarma法计算岩质-土质混合边坡稳定性

在Morgenstern-Price法及Sarma法理论假设的基础上,通过对岩质—土质混合边坡岩土分界面受力的推导,并假设不平衡力矩Mc,结合水平地震作用系数kc,建立了岩质—土质混合边坡稳定性的迭代求解方法;同时,通过对岩质—土质混合边坡算例的计算分析,验证了上述方法的合理性及可靠性,从而为岩质—土质混合边坡稳定性计算的理论研究提供了一种新的思路。     

饱和黄土边坡的动力失稳机制研究

通过对无限边坡的拟静态平衡分析和考虑饱和黄土在地震作用下动孔隙水压的增长规律,探讨了动孔隙水压对饱和黄土无限边坡地震期间和震后稳定状态的影响。分析表明,地震时孔隙水压累积导致的抗剪强度衰减会导致边坡发生永久变形,甚至导致整体滑动破坏或因黄土液化而发生流滑破坏。引入一个粘聚力界限值来区别黄土边坡的最终破坏模式,以及动孔压比的两个界限值来评价抗剪强度衰减对其破坏机制的影响。最后给出了此类边坡稳定状态的判别图,并建议了分析步骤。     

黄土路堤边坡浅层加筋加固机理分析及工程应用

土质路基边坡溜坍是道路工程中常见的一种病害现象。结合宝中铁路路基边坡防洪加固,利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机理,并结合实际工程进行了应用。     

土质边坡地震稳定性状态判定方法研究

基于有限元强度折减法,对地震作用下土质边坡稳定性状态判定方法进行了研究。探讨了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率的计算方法,并利用有限元计算和统计分析方法建立了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率与边坡动力安全系数的对应关系。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)中边坡稳定性状态与边坡安全系数的对应关系,从而实现了利用坡体内部等效塑性应变区贯通率来判别边坡地震稳定性状态的方法。结果表明:当等效塑性应变区贯通率K=100%时对应边坡稳定性状态为不稳定,当等效塑性应变区贯通率100%K≥90%时对应边坡稳定性状态为欠稳定,等效塑性应变区贯通率90%K≥85%时对应边坡稳定性状态为基本稳定,等效塑性应变区贯通率K85%时对应边坡稳定性状态为稳定。研究结果对于震后边坡稳定性的快速评价将具有重要的借鉴意义。     

某湿陷性黄土边坡安全性分析

湿陷性黄土是一种对水十分敏感的不良土质,以其为介质的边坡在山西地区广泛分布,此类边坡地质灾害频频发生。本文以山西省临县某已失稳的湿陷性黄土边坡为研究对象,通过现场详勘,解释了由水引起的湿陷性黄土内部结构强度的削弱及外部降雨因素对于边坡的影响,从而得出该边坡发生破坏的机理。同时在华宁岩土软件进行分析计算的基础上,提出了有针对性的失稳边坡加固治理方案,并强调了湿陷性黄土边坡做好边坡排水的重要性。     

某工程中的天然黄土边坡稳定性分析

对现场取样的黄土的抗剪试验结果进行了分析,研究了黄土边坡的破坏形式,进而对黄土边坡的稳定性分析进行了初步探讨,得出了与实际比较吻合的结论,对黄土边坡的治理有一定的作用。     

循环扭剪作用下黄土的动剪切特性试验研究

原状黄土具有显著的结构性,在增湿及循环剪切作用下均可导致其结构破坏。通过不同固结围压条件下大尺寸原状黄土圆筒试样的动扭剪试验,测试分析了原状黄土从小应变到大应变的动应力应变关系,动剪切模量和阻尼比的变化规律,以及逐级增大循环扭剪作用下黄土的剪切强度。得到了10^-5~10^-2剪切应变范围内黄土动剪切模量随固结围压和含水率的变化规律,分析了黄土最大动剪切模量随黄土构度的变化规律。建立了黄土最大动剪切模量与构度和固结围压的关系式。揭示不同固结围压条件下不同含水率黄土的阻尼比随动剪应变对数值的变化分布在一个带内;循环扭转作用下圆筒黄土样存在两组破坏面。     

岷县漳县6.6级地震永光村滑坡致灾机制分析

2013年7月22日甘肃省定西市岷县漳县MS6.6级地震,诱发了大量黄土滑坡和崩塌灾害。基于对岷县梅川镇永光村西侧泥流状黄土滑坡的现场勘察、探井取样和高密度面波勘探,得到了该滑坡的地形条件和土层分布特点。通过对滑坡体土样进行室内动三轴液化试验,验证了该滑坡土体在地震作用下发生液化的可能。结合动力有限元法和强度折减法,分析了该滑坡在地震作用下的动力响应特征和动力稳定性的影响因素。结果表明:震前的持续强降雨,导致滑坡体表层黄土含水率升高,抗剪强度降低,在强地震荷载作用下,黄土层之间存在拉应力效应,表层土体发生液化,造成该斜坡失稳瞬间发生,发生长距离滑移。     

黄土地区场地条件对地震动放大效应影响研究

汶川Ms8.0特大地震在甘肃黄土灾区局部场地的震害和地震动具有明显的放大效应。通过在该区布设的地形调查流动强震动观测台阵,获取了同一山体不同高程的余震加速度记录,结果呈现出山顶记录到的峰值加速度大于山腰,而山腰记录也略大于山脚的规律。为了进一步分析黄土地区地震峰值加速度的放大机理,运用地脉动观测手段调查了其局部场地条件,得到了山体不同高程的卓越频率。并以典型黄土塬为背景,运用二维等价线性时程响应动分析法对不同覆盖层厚度和不同坡度的黄土塬进行了地震荷载作用下的动力响应分析,分析了不同条件下的山顶和山腰的地震峰值加速度放大特征。结果表明,地震峰值加速度放大效应和黄土覆盖层厚度及黄土边坡坡度有直接的关系。数值计算结果与实际震害观测吻合较好,证实了黄土覆盖层厚度和坡度是峰值加速度放大的重要因素。     

强夯处理后黄土地基的动力特性与抗震性能*

 黄土不仅具有湿陷性,而且具有很高的地震易损性。本文通过强夯处理后黄土地基的动力本构模型、弹性模量、阻尼比、震陷性和液化势的试验研究以及波速和地脉动测试,定量评价了强夯处理对黄土地基抗震性能改善的效果,在此基础上,提出了将黄土地基震陷性与湿陷性进行一次性施工处理的技术标准。     

地震边坡破坏机制及其破裂面的分析探讨

 地震作用下边坡破坏机制是边坡动力稳定性分析的前提,目前主要采用拟静力与动力有限元时程分析的方法进行分析,认为地震边坡破坏机制为剪切破坏,并以极限平衡法计算得到的剪切滑移面作为地震动力作用下的破裂面,而不考虑地震荷载作用下的拉破坏,从而使地震边坡稳定性分析失真。汶川地震边坡调研发现,滑坡上部多数发生拉破坏,甚至有些岩土体被抛出,这是一个很好的启示,为此,采用FLAC动力强度折减法,结合具有拉和剪切破坏分析功能的FLAC3D软件对地震边坡破坏机制进行数值分析。计算表明,地震边坡的破坏由边坡潜在破裂区上部拉破坏与下部剪切破坏共同组成,而不是剪切滑移破坏,通过多种途径给出地震边坡破裂面位置的确定方法,为边坡动力稳定性分析提供更加准确的基础。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

西部大开发中的岩土力学问题

针对西部大开发中广泛的岩土工程问题提炼出四个有代表性的岩土力学问题 ,就该岩土力学问题的研究现状、存在的困难、发展方向等进行了探讨 ,可望对这一问题引起抛砖引玉的深究。     

强震作用下低角度黄土斜坡滑移的复合机理研究

针对 192 0年宁夏海原大地震 (Ms =8 5 )时固原清水河Ⅳ级黄土台塬所发生大面积低角度黄土斜坡滑移现象及其种种特征 ,经过现场勘察、室内试验及理论推导 ,提出了一种强震作用下低角度黄土斜坡滑移的复合机理---位于第一层古土壤层下部饱和黄土和砂土震动液化 ;位于其上部黄土层受地震力和液化的双重作用而呈现波浪状地貌 ,进而部分黄土体解体、斜抛、粉尘化和远程运移而形成黄土流或黄土瀑布。用笔者提出的滑距公式对滑移体的滑距进行了计算 ,效果良好