消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明：坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性，且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显，而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势；坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势，且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征；坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘（次级节理和层面）起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚，且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重，并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析EI北大核心CSCD

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。     

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明:两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且随地震作用次数的增加,坡体损伤(表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通)不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

频发微震下上覆软弱岩体边坡动力稳定及失稳模式

水库蓄水诱发的高频次微小地震对库岸边坡稳定性存在一定影响。采用振动台物理模型试验,结合UDEC离散元分析方法,以三峡库区杉树槽滑坡为原型,研究了频发微震作用下典型上覆软弱岩体边坡的累计损伤过程、动力响应特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,模型边坡自振频率不断降低,阻尼比不断升高,完整性降低;坡体加速度响应在初始阶段和微震阶段体现出"高程效应"和"趋表效应",而在小震加载后,坡体动力响应与上述特征出现偏离;在反复微震下,坡体的破坏演化过程可概括为"次级节理发育→次级节理扩展→上部岩体破碎→后缘裂隙扩张→滑面贯通→边坡失稳破坏"阶段;离散元数值分析结果表明,上覆软弱岩体边坡在频发微震下的变形主要发生于岩层分界面以上,后缘裂隙以下的上部岩体,随着地震次数的增加,其永久位移不断增大,边坡稳定性系数不断降低,边坡破坏特征与振动台试验结果相吻合。     

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。     

频发微震下上覆软弱岩体边坡动力稳定及失稳模式

水库蓄水诱发的高频次微小地震对库岸边坡稳定性存在一定影响。采用振动台物理模型试验,结合UDEC离散元分析方法,以三峡库区杉树槽滑坡为原型,研究了频发微震作用下典型上覆软弱岩体边坡的累计损伤过程、动力响应特征及破坏模式。结果表明：在频发微震作用下,模型边坡自振频率不断降低,阻尼比不断升高,完整性降低;坡体加速度响应在初始阶段和微震阶段体现出“高程效应”和“趋表效应”,而在小震加载后,坡体动力响应与上述特征出现偏离;在反复微震下,坡体的破坏演化过程可概括为“次级节理发育→次级节理扩展→上部岩体破碎→后缘裂隙扩张→滑面贯通→边坡失稳破坏”阶段;离散元数值分析结果表明,上覆软弱岩体边坡在频发微震下的变形主要发生于岩层分界面以上,后缘裂隙以下的上部岩体,随着地震次数的增加,其永久位移不断增大,边坡稳定性系数不断降低,边坡破坏特征与振动台试验结果相吻合。     

循环荷载作用下黄土边坡变形研究

 通过室内不排水动三轴试验,研究列车循环荷载长期作用下,Q3黄土的动强度以及动应力–动应变关系。结果表明,Q3黄土动应变随动应力及振动次数的增加而增大,动弹性模量随动应变增大逐渐减小,动强度随循环次数的增加而降低。在此基础上,建立黄土边坡的动力分析模型,分析机车振动荷载作用下边坡的变形规律。结果表明,边坡位移随时间的增大而增大,下边坡的变形量要远远大于上边坡的变形量,边坡位移表现为一个非稳定的变形过程;由于机车荷载的作用,黄土的动强度下降,从而造成边坡的稳定性降低,相对于上边坡而言,下边坡更易失稳。     

泸定大渡河桥隧道锚边坡稳定性三维数值分析

为了对泸定大渡河悬索桥隧道式锚碇边坡的稳定性进行深入分析,基于坡体结构特征并考虑施工过程,采用FLAC3D数值模拟软件对该边坡在主缆超张拉、暴雨、地震等不同工况下的坡体变形及潜在失稳模式进行了三维模拟分析。结果表明:静力条件下不同缆力对隧道锚边坡浅表层的变形及其失稳破坏模式几乎没有影响,不同缆力作用下浅表层安全系数为1.45;随着缆力的增大,锚碇周围深部岩体安全系数逐渐变小(3.75→3.55→3.2→2.9),且深部岩体潜在滑面与缆力作用线的夹角逐渐变小;除了在地震工况下坡体表面稳定性较差之外,其他工况边坡稳定性、隧道及隧道锚稳定性均较好;隧道、隧道锚及桩基承台的施工对边坡稳定性影响较小,边坡支挡结构的施作有效提高了边坡稳定性。     

地震荷载下顺层岩体边坡响应特性和抗滑桩控制效果数值模拟研究

高烈度震区岩质边坡的失稳垮塌已成为制约我国基础设施建设快速发展的重大问题。以成兰铁路沿线大型顺层边坡控制工程为依托,针对地震荷载下顺层岩质边坡响应特性和抗滑桩控制效果,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值计算模型,分析了不同振幅、频率及地震波持续时间对不同厚度顺层边坡位移幅值的影响规律。并通过地震作用下有无抗滑桩的顺层岩质边坡的承载特性,分析了抗滑桩的阻滑效应。数值分析结果表明:顺层岩体边坡滑体累积位移随地震荷载振幅呈抛物线式递增,随振动时间线性递增,而随滑体厚度增加线性递减,且高频地震波对顺层边坡的影响越小。此外,双排抗滑桩在顺层岩体边坡加固中的抗震作用明显。     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

薄厚岩组合型斜坡动力响应与破坏机制的振动台模型试验研究EI北大核心CSCD

以青藏高原金沙江流域雪隆囊地区贡扎滑坡滑前斜坡为原型,设计并完成薄厚岩组合型反倾岩体斜坡振动台模型试验,研究薄厚岩组合型反倾岩体斜坡的动力响应和破坏机制。试验结果表明,在斜坡1/2坡高以上PGA放大系数增大明显;在斜坡不同高程处,由坡内到坡表,PGA放大系数变化规律不同;在斜坡高陡区PGA放大系数增大,在斜坡坡脚处PGA放大系数减小。输入地震波的频率、幅值和时间压缩比均会对斜坡动力响应产生比较大的影响。当输入波幅值比较大时,高频波激励下斜坡PGA放大系数显著增大;当输入波频率小于斜坡自振频率时,随输入波频率增加,PGA放大系数增大,超过斜坡自振频率后,坡表PGA放大系数减小,坡内PGA放大系数先减小后增大。输入波幅值对斜坡动力响应的影响与输入波类型有关,不同类型输入波激励下斜坡动力响应规律不同。不同倍数时间压缩比下,斜坡动力响应有较大变化。综合分析斜坡动力响应和高速摄像机拍照记录,坡表高陡区PGA放大系数最大,坡内PGA放大系数沿高程变化规律基本遵循高程效应。斜坡自振频率在0.2 g幅值输入波激励时下降显著,此时斜坡结构在地震作用下发生变化。斜坡破坏模式为:高陡区上部坡肩出现裂缝→裂缝区向下扩展→高陡区右上侧出现局部失稳破坏→失稳区扩大为整个高陡区域→高陡区岩体由上到下被震落同时伴随着部分下部薄岩块被震落,破坏过程中伴随着斜坡下半段轻微隆起。该试验揭示了薄厚岩组合型反倾岩体斜坡在地震作用下的动力响应规律和破坏机制,为此类斜坡的防治提供了依据。     

薄厚岩组合型斜坡动力响应与破坏机制的振动台模型试验研究EI北大核心CSCD

以青藏高原金沙江流域雪隆囊地区贡扎滑坡滑前斜坡为原型,设计并完成薄厚岩组合型反倾岩体斜坡振动台模型试验,研究薄厚岩组合型反倾岩体斜坡的动力响应和破坏机制。试验结果表明,在斜坡1/2坡高以上PGA放大系数增大明显;在斜坡不同高程处,由坡内到坡表,PGA放大系数变化规律不同;在斜坡高陡区PGA放大系数增大,在斜坡坡脚处PGA放大系数减小。输入地震波的频率、幅值和时间压缩比均会对斜坡动力响应产生比较大的影响。当输入波幅值比较大时,高频波激励下斜坡PGA放大系数显著增大;当输入波频率小于斜坡自振频率时,随输入波频率增加,PGA放大系数增大,超过斜坡自振频率后,坡表PGA放大系数减小,坡内PGA放大系数先减小后增大。输入波幅值对斜坡动力响应的影响与输入波类型有关,不同类型输入波激励下斜坡动力响应规律不同。不同倍数时间压缩比下,斜坡动力响应有较大变化。综合分析斜坡动力响应和高速摄像机拍照记录,坡表高陡区PGA放大系数最大,坡内PGA放大系数沿高程变化规律基本遵循高程效应。斜坡自振频率在0.2 g幅值输入波激励时下降显著,此时斜坡结构在地震作用下发生变化。斜坡破坏模式为:高陡区上部坡肩出现裂缝→裂缝区向下扩展→高陡区右上侧出现局部失稳破坏→失稳区扩大为整个高陡区域→高陡区岩体由上到下被震落同时伴随着部分下部薄岩块被震落,破坏过程中伴随着斜坡下半段轻微隆起。该试验揭示了薄厚岩组合型反倾岩体斜坡在地震作用下的动力响应规律和破坏机制,为此类斜坡的防治提供了依据。     

薄厚岩组合型斜坡动力响应与破坏机制的振动台模型试验研究EI北大核心CSCD

以青藏高原金沙江流域雪隆囊地区贡扎滑坡滑前斜坡为原型,设计并完成薄厚岩组合型反倾岩体斜坡振动台模型试验,研究薄厚岩组合型反倾岩体斜坡的动力响应和破坏机制。试验结果表明,在斜坡1/2坡高以上PGA放大系数增大明显;在斜坡不同高程处,由坡内到坡表,PGA放大系数变化规律不同;在斜坡高陡区PGA放大系数增大,在斜坡坡脚处PGA放大系数减小。输入地震波的频率、幅值和时间压缩比均会对斜坡动力响应产生比较大的影响。当输入波幅值比较大时,高频波激励下斜坡PGA放大系数显著增大;当输入波频率小于斜坡自振频率时,随输入波频率增加,PGA放大系数增大,超过斜坡自振频率后,坡表PGA放大系数减小,坡内PGA放大系数先减小后增大。输入波幅值对斜坡动力响应的影响与输入波类型有关,不同类型输入波激励下斜坡动力响应规律不同。不同倍数时间压缩比下,斜坡动力响应有较大变化。综合分析斜坡动力响应和高速摄像机拍照记录,坡表高陡区PGA放大系数最大,坡内PGA放大系数沿高程变化规律基本遵循高程效应。斜坡自振频率在0.2 g幅值输入波激励时下降显著,此时斜坡结构在地震作用下发生变化。斜坡破坏模式为:高陡区上部坡肩出现裂缝→裂缝区向下扩展→高陡区右上侧出现局部失稳破坏→失稳区扩大为整个高陡区域→高陡区岩体由上到下被震落同时伴随着部分下部薄岩块被震落,破坏过程中伴随着斜坡下半段轻微隆起。该试验揭示了薄厚岩组合型反倾岩体斜坡在地震作用下的动力响应规律和破坏机制,为此类斜坡的防治提供了依据。     

薄厚岩组合型斜坡动力响应与破坏机制的振动台模型试验研究EI北大核心CSCD

以青藏高原金沙江流域雪隆囊地区贡扎滑坡滑前斜坡为原型,设计并完成薄厚岩组合型反倾岩体斜坡振动台模型试验,研究薄厚岩组合型反倾岩体斜坡的动力响应和破坏机制。试验结果表明,在斜坡1/2坡高以上PGA放大系数增大明显;在斜坡不同高程处,由坡内到坡表,PGA放大系数变化规律不同;在斜坡高陡区PGA放大系数增大,在斜坡坡脚处PGA放大系数减小。输入地震波的频率、幅值和时间压缩比均会对斜坡动力响应产生比较大的影响。当输入波幅值比较大时,高频波激励下斜坡PGA放大系数显著增大;当输入波频率小于斜坡自振频率时,随输入波频率增加,PGA放大系数增大,超过斜坡自振频率后,坡表PGA放大系数减小,坡内PGA放大系数先减小后增大。输入波幅值对斜坡动力响应的影响与输入波类型有关,不同类型输入波激励下斜坡动力响应规律不同。不同倍数时间压缩比下,斜坡动力响应有较大变化。综合分析斜坡动力响应和高速摄像机拍照记录,坡表高陡区PGA放大系数最大,坡内PGA放大系数沿高程变化规律基本遵循高程效应。斜坡自振频率在0.2 g幅值输入波激励时下降显著,此时斜坡结构在地震作用下发生变化。斜坡破坏模式为:高陡区上部坡肩出现裂缝→裂缝区向下扩展→高陡区右上侧出现局部失稳破坏→失稳区扩大为整个高陡区域→高陡区岩体由上到下被震落同时伴随着部分下部薄岩块被震落,破坏过程中伴随着斜坡下半段轻微隆起。该试验揭示了薄厚岩组合型反倾岩体斜坡在地震作用下的动力响应规律和破坏机制,为此类斜坡的防治提供了依据。     

逆层岩质边坡地震动力破坏离心机试验研究

使用相似材料分别制作了只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理逆层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机理以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：逆层岩体边坡地形放大效应受地震动力输入频率和振幅影响显著;次级节理对逆层边坡动力稳定性影响很大,含有次级节理的逆层岩体边坡动力稳定性明显低于不含次级节理的逆层岩体边坡;两种逆层边坡的破坏模式存在很大的区别,不含次级节理的边坡破坏从坡脚开始依次向后产生岩层的弯折破坏,而含有次级节理的边坡破坏从坡体中后部开始依次向坡脚岩层产生贯通破坏,贯通破坏面倾角明显高于不含次级节理边坡,并且呈明显的台阶状。     

边坡地震动力响应规律及地震动参数影响研究

利用FLAC3D有限差分软件建立了一个边坡动力数值分析模型,用振动台模型试验对数值模拟效果进行了验证。在此基础上,分析了地震作用下边坡的动力响应规律,以及地震动参数对边坡动力响应的影响。结果表明,边坡对输入地震波存在垂直放大和临空面放大作用,边坡土体对输入地震波低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用。坡面加速度峰值放大系数随输入地震波振幅、频率的增加而减小,持时对加速度峰值响应的影响不大;坡体位移随振幅、持时的增加而显著增大,随频率的增大而减小。强震作用下剪应变增量最大区域的位置和形状表明,单一均质土层边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳。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。     

地震边坡稳定性的工程地质分析

归纳了地震作用下边坡稳定性的影响因素，把边坡分为2大类7亚类，分析了边坡在动力作用下的可能破坏形式，对地震边坡的失稳机制进行了探讨，认为地震边坡的失稳是由于地震惯性力的作用以及地震产生的超静孔隙水压力迅速增大和累积作用这两个方面原因造成的。对于不同的边坡类型，导致边坡动力失稳的主导因素也不同。塑性流动失稳破坏是由孔隙水压力的累积作用起主导作用；崩塌型、层体弯折型则是地震惯性力起决定作用；对于滑动型破坏一般是两种因素共同作用的结果。     

风干堆积体边坡地震响应的动力离心模型试验

 堆积体边坡在我国西南地区广泛分布,为深入研究其地震响应规律,设计完成了1∶50比尺的概化边坡离心振动台模型试验,分析4级不同强度地震连续作用下,风干堆积体边坡的加速度响应、边坡变形及其失稳模式。试验结果表明,堆积体边坡水平向PGA放大系数表现出了典型的高程放大效应与趋表放大效应。沿堆积体边坡高程方向,输入地震波频谱特性发生了明显改变,各测点加速度傅里叶谱的卓越频率随PGA增大而降低。考虑竖直向加速度放大效应的影响后,发现合放大系数与水平向夹角随高程有减小的趋势,反映了坡面处发生的波场分裂与波型转换现象。随地震波幅值的增大,水平向与竖直向PGA放大系数均先减小后增大。试验过程中观察发现在地震波加速度峰值达到0.216 g时堆积体边坡开始失稳,坡顶沉降明显,失稳模式以浅层崩滑为主。