地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应探究

基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值软件，建立含软弱夹层的顺倾岩质边坡模型，合理考虑地震波输入方式、模型边界条件、网格尺寸和力学阻尼，探究地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应和软弱夹层区域加速度放大系数的变化规律，探究和分析软弱夹层的负效应。研究结果表明:在软弱夹层区域，加速度放大系数增加的速度更快；软弱夹层厚度越厚，软弱夹层位置越低，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差不大时，软弱夹层位置变化不大，此时软弱夹层倾角变化对加速度放大效应的影响较软弱夹层位置变化更为显著，即软弱夹层倾角越大，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差较大时，软弱夹层位置变化也较大，此时软弱夹层位置变化的影响更为显著，即软弱夹层位置越低，放大效应越明显。     

软弱夹层位置变化对地震荷载作用下的动力响应数值研究

为了研究软弱夹层布置位置在不同地震荷载作用下对边坡稳定性的影响,选择单脉冲、双脉冲和无脉冲3种不同波形的地震荷载,同时将软弱夹层分别布置在边坡坡脚、四分之一坡高、中间位置、四分之三坡高和坡顶5个位置,对边坡的坡面和坡内加速度放大系数进行分析。结果表明,随着高程增加,边坡加速度放大系数先出现平稳增加,然后出现跳跃迅速增加,最后平稳增加;边坡加速度放大系数随着软弱夹层布置位置增加逐渐减小,边坡越来越稳定,建议将软弱夹层布置在较高位置来提高边坡的稳定性。     

地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。     

地震作用下岩质边坡动力响应分析

结合大岗山水电站坝址区右岸岩质边坡工程实例,建立边坡三维动力分析模型,并选取典型剖面进行地震动力响应特征分析。分析结果表明,边坡动位移、动速度、动加速度随高程增大而增大,越靠近坡面量值越大,最大值分别是10.55 cm、0.6 m/s和7.88 m/s2;边坡动应力范围是-1.7~18.4 MPa,基本随岸坡深度增大而增大;由于边坡材料的阻尼作用,边坡动力响应特征相对输入的地震加速度存在明显的"滞后效应"。     

近断层地震动对边坡稳定性的影响

为研究近断层地震动特性及其入射方向对边坡地震响应的影响,首先,考虑边坡对地震波的散射规律,提出了一种能够考虑地震波任意角度入射的地震动输入方法,该方法能够准确考虑模型边界两侧的动力相互作用且简单易操作。其次,运用提出的地震动输入方法,通过有限元参数分析研究了地震波入射角对边坡地震响应的影响规律。结果表明:当同时考虑Ｐ波及ＳＶ波入射时,由于两种波形的叠加作用,边坡的放大效应较一种波形单独作用时更加显著,且坡面上加速度分布更不均匀。地震波的入射角能够显著影响边坡的地震响应,随着地震波入射方向与坡面间夹角的增加,边坡对地震动的放大效应越明显,坡面上加速度分布越不均匀。     

地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响

用有限元和无穷元耦合模型计算了半圆形河谷在单位脉冲入射下的河谷地面反应，从而分析了地震波的入射方向对河谷岸坡放大系数的影响．岸坡放大系数定义为：河谷沿岸不同高程处的地震动峰值加速度与河谷底处地震动峰值加速度之比．因此，岸坡放大系数的变化将改变拱坝的应力和应力分布．研究表明：地震波人射角的轻微变化将对河谷岸坡放大系数产生极大影响，这说明高拱坝的抗震分析宜考虑输入地震波的不同入射方向的作用．     

水平地震作用下阶梯式复杂土层边坡动力响应及稳定性分析

针对一阶梯式复杂土层边坡,采用人工修正的加速度时程作为地震输入条件,引入三量放大系数对土坡坡面质点进行地震时程响应分析,并采用Newmark滑块分析法和有限元动力时程分析法计算其稳定性.计算结果表明,在水平地震波作用下,阶梯式土坡坡面质点的水平位移和水平速度随距坡脚的沿坡面距离的增大而增大,且最大值都出现在坡顶,地震加速度放大系数呈不规则分布,受地震累积效应影响,土坡坡面质点三量响应滞后于地震波谱变化;拟静力法计算的安全系数偏保守,有限元动力时程分析法和Newmark法计算后通过处理的各项安全系数结果相近.     

岩质边坡弹塑性地震响应分析

在进行高边坡抗震设计分析时,采用动力有限元数值模拟法较为普遍。但当地震作用致使边坡岩体部分已进入塑性状态且变形加大时,若仍然采用线弹性方法来分析,则存在较大误差。为此,采用弹塑性动力方法计算静力与地震动全平衡状态的弹塑性边坡地震响应,对岩质边坡弹塑性动力状态进行了尝试性探讨,分别输入2条等峰值加速度、不同特征周期和持续时间的地震波,结合边坡的固有频率特性,着重分析常用于抗震设计的地震动参数峰值加速度及累积塑性应变的地震响应规律。结果表明,输入相同峰值、不同特征周期和持续时间的地震波,地震响应累积塑性应变有明显差异;对地震波来说,尽管峰值相同,但持续时间与频谱特性不一样,地震效应存在较大差异。因此,在进行边坡抗震设计计算时,地震波选取一定要慎重,应具体问题具体分析,否则有可能得到不真实的抗震安全评价结果。     

三峡库区巴东李家湾滑坡变形破坏机理研究

以三峡库区李家湾滑坡为例,对库水位变动影响下的滑坡变形机理进行了探讨。通过现场详细调查、原位声波测试和室内岩体单轴抗压和耐崩解试验分析,认为滑坡岩性组合特征、节理裂隙发育状况为其变形破坏提供了运动空间,库水位波动、水流流动为滑坡内部岩体运动提供了动力条件。由于软弱夹层的存在,在自身重力作用下,斜坡内部岩体发生剪切滑移,坡面发生拉裂。在库水位周期性波动影响下,前缘坡脚岩体受到江水侵蚀,泥灰岩软弱夹层向内发生凹陷,岩体发生弯折倾倒破坏;在江水的侧向淘蚀作用下,岩体发生滑移、错动、坍塌破坏。     

考虑结构面分布特征的岩质边坡地震响应分析

为探索岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应问题,运用3DEC离散元软件,定量分析了地震荷载作用下岩质边坡结构面发育位置、结构面数量、以及结构面间距对边坡加速度放大系数的影响规律。结果表明：在单条结构面的情况下,其发育位置对岩质边坡加速度响应的影响比较明显,结构面距坡面越近,加速度峰值放大系数越大;随着结构面数量的增多,加速度峰值放大系数呈现出明显的递减趋势;在结构面数量一定的情况下,结构面间距的变化对加速度峰值放大系数的影响不大。研究结果有助于进一步揭示岩质边坡在地震作用下的动力响应规律。     

复杂斜坡动力响应特征分析

深切谷坡浅表部卸荷裂隙发育,风化强烈,致使浅表层成为非连续介质,出现介质性质差异,地震动响应由此变得复杂。通过对青川东山斜坡地震动监测数据进行分析,并结合适用于分析岩质边坡运动过程的非连续变形分析(DDA)方法对青川东山斜坡动力响应特征进行数值模拟,揭示了震中距、高程、震级、地形以及“丁”字形山体等因素对地震波峰值加速度(PGA)放大的影响。结果表明垂直山脊方向以及高程较高时的地震波峰值加速度放大倍数较大,可达6.12倍;在地形突出部位,地震波亦能得到一定程度的放大,放大倍数可达3.3倍;在“丁”字形山脊结合部位,PGA放大倍数会出现一定程度的减小。     

地震波斜入射下深厚覆盖层河谷加速度分布特征分析

我国西部地区普遍具有高山峡谷和深厚河床覆盖层的特点,而对于深厚覆盖层河谷场地的地震动分布特征的研究却很少。本文采用黏弹性人工边界及其相关地震动等效荷载输入的方法,研究了地震动P波和SV波入射角度及入射波峰值对深厚覆盖层河谷场地加速度放大系数分布特征的影响。结果表明：（1） P波和SV波入射角度一定时,入射波峰值对河谷两岸平台及岸坡的加速度放大系数影响很小;（2） P波左侧入射时,随着入射角度的增大,左岸平台及岸坡x分量的加速度放大系数增幅较大,z分量的加速度放大系数增幅较小保持在2倍左右,河谷覆盖层表面x和z分量加速度放大系数逐渐趋于均匀分布;（3） SV波左侧入射时,随着入射角度增大,整个河谷覆盖层表面x分量的加速度放大系数呈现出坡脚附近较小,中间部位和两岸平台较大;z分量放大系数呈现出相反的规律。这些结论可以为具有覆盖层河谷工程场址的地震动参数设计及加速度监测点布置提供一定的参考。     

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型,基于Finn动孔压增长模型,对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析,并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明:含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡,地下水位升高时,PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化,当边坡土体处于完全饱和状态时,两者均明显增大;坡脚加速度随水位变化也呈波动状态,当边坡土体处于完全饱和状态时,同样明显增大;含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱,规律性较差,但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应;表面风化层的塑性区随水位升高,其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加,表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看,地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。     

基于黏弹性人工边界条件的岩质边坡动力反应分析

基于数值分析方法,以二维岩质边坡为例,通过布置在边界处的弹簧和阻尼器构成黏弹性人工边界条件,探讨边坡尺寸、形状以及地震波的类型对放大效应的影响.结果表明地震波频率和坡角是地震响应的决定性因素,坡高对于边坡特征点(坡脚、坡顶)的变化敏感性较低.结论如下:对于同一地震波频率,不同坡高对于地震放大效应的影响较小,差别仅在于边...     

基于离散元技术的软硬互层斜坡动力响应及失稳机理研究

为研究不同岩层倾角陡倾顺层软硬互层斜坡在地震作用下的动力响应及失稳机理,以汶川地震中干磨坊滑坡和水磨沟滑坡为原型,结合三维离散元技术开展两种软硬互层斜坡对比分析。动力响应分析结果表明:在相同地震荷载作用下,陡倾软硬互层60°斜坡模型的PGA(峰值地面加速度)放大系数随着高程的增加表现出非线性增长,在坡顶动力响应最为强烈;陡倾软硬互层80°斜坡模型PGA放大系数随着高程的增加表现出先增大后减小再增大的节律性变化,在坡高1/3处和坡肩部位动力响应最为强烈。失稳机理分析结果显示,在地震荷载作用下:陡倾软硬互层60°斜坡模型发生滑移-弯曲式溃滑,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①裂缝扩展-层间错动阶段、②坡脚岩体弯曲隆起阶段、③上部岩体横向滑移阶段、④弯曲剪断-整体失稳阶段;陡倾软硬互层80°斜坡模型发生滑移-下部弯曲-上部倾倒式破坏,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①微裂隙扩展阶段、②层间错动-局部裂隙贯通阶段、③下部岩体弯曲阶段、④上部岩体倾倒破坏阶段。     

青川县东山斜坡地震动力响应数值验证

岩质边坡地震动力响应分析对于防灾减灾极为重要,但是以往研究大多仅考虑地形因素影响,鲜有成功定量分析边坡动力响应分析的报道。为此,在充分考虑地形效应的基础上,试图探索以数值方法在考虑结构面因素的情况下,定量分析岩质边坡动力响应的可行性。选取一种离散方法——非连续变形分析(DDA)作为数值分析方法,结构面效应通过改变结构面处DDA罚弹簧值实现,将水平向和竖直向地震荷载同时输入至模型中。计算结果表明,在阻尼选择合理的情况下,DDA能够准确反应水平向放大系数,而竖向只能定性吻合;广泛分布的结构面会由于降低岩层的等效阻抗,增加与周围岩层的阻抗差进而影响边坡动力响应结果,影响程度在40%～70%。另外,结构面产状会使边坡动力响应出现较强的各向异性,而这也是传统基于连续介质力学的数值方法难以反映的现象。本研究结果验证了结构面效应,同时证实了DDA能够准确地反映和验证边坡水平向地震动力响应关系,对岩质边坡抗震设计具有重要意义。     

中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析

针对中东某抽水蓄能电站地下厂房抗震稳定性问题,以掌握地下厂房洞室群围岩地震动力响应为目标,采用动力时程分析方法,依据当地及欧洲标准,对该地下厂房洞室群地震响应进行三维非线性数值模拟,分析了洞室围岩加速度、位移、塑性区、应力分布特征及支护受力特征。结果表明:在地下厂房洞室群围岩开挖面上,围岩的加速度会表现出明显的放大效应,且结构面上会加剧加速度响应;位移时程响应与输入地震荷载位移时程曲线形态一致,但在幅值和相位上有一定差异;围岩相对变形、残余变形较大的部位与加速度放大系数较大的部位一致,围岩塑性区和应力松弛区增加较为明显的部位与加速度放大系数较大、相对变形和残余变形较大的部位基本一致;在地震作用下,围岩支护结构受力增长较小,锚杆受力超过300 MPa的百分比与围岩变形、塑性区的发展规律一致。研究成果对地下工程围岩抗震稳定性分析和抗震设计具有参考价值。     

高陡边坡地震动放大效应分析

为了研究高陡岩质边坡对地震动加速度峰值的放大作用,分别针对简谐波和El Centro波竖向入射高陡边坡的情形,基于动力学模拟研究了坡肩和坡表面放大系数与坡高和坡比的参数关系。根据计算结果绘制边坡剖面的水平向和竖向放大系数等值线图,分析了坡体内放大系数分布特征。结果表明放大系数并不随着坡高的递增而持续增大,放大系数的最大值出现在坡肩,在不超过2.0的范围内波动变化。坡顶面上的放大系数随着坡肩距的增大而逐渐衰减。坡体内水平向与竖向放大系数的空间分布特征显著不同,在邻近坡肩和斜坡面的区域内竖向放大系数可高达1.5,高陡边坡的抗震设计中不可忽略竖向放大系数的影响。     

岩质边坡稳定性时程分析下限法研究

基于动力学理论、塑性极限分析下限法理论、块体单元离散技术以及数学规划理论,提出了一种岩质边坡地震动力稳定性的时程分析下限法.首先使用块体单元离散岩质边坡,然后采用拟动力法原理计算块体单元形心的地震时程加速度,最终建立符合平衡方程、屈服条件、力边界条件的岩质边坡地震动力稳定性的线性数学规划模型,最后使用数学规划算法求解模...     

基于动力强度折减法的地震边坡稳定性分析

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。