大渡河摩岗岭地区不同坡体地震动响应研究

大渡河河谷摩岗岭地区为地震高发区,采用FLAC~(3D)软件对该地区三维地质模型进行模拟计算,结合3个监测点的实测数据,研究了该地区不同坡体地震动的响应。结果表明:以海拔最低的3号监测点为参考,河流右岸1号监测点水平SN向地表峰值加速度(PGA)的放大系数达到最大值4.43,数值模拟值为3.50;河流左岸5号监测点地震波的放大系数较右岸明显偏低,实测PGA放大系数2.94,数值模拟结果为1.54。同时数值模拟得出河流右岸坡体随着高程的增加PGA不断增大,在山脊顶部达到最大;而在河流左岸,PGA遵循先增大后减小的规律。研究表明,该地区不同坡体形态对地震动响应也不同,大渡河右岸单薄山脊对地震波放大效应明显高于左岸浑厚山体。     

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。     

康定Ms6.3和Ms5.8级地震下 摩岗岭震动监测数据研究

为研究康定M_s6.3和M_s5.8级(M_s为面波震级)2次地震动的响应规律,在大渡河摩岗岭段两岸斜坡不同高程处掘进平硐并安置了强震监测仪。监测数据揭示1^#监测点记录的水平向和竖直向PGA(地表峰值加速度)最大,M_s6.3级水平向达到了16.5～22.2 cm/s²,竖直向也达到了8.9 cm/s²;M_s5.8级水平向为9.9～11.8 cm/s²,竖直向为4.1 cm/s²。以2^#监测点记录的2次地震加速度PGA值为参考,1^#监测点水平向和竖直向PGA放大系数最大,M_s6.3级水平向和竖直向放大系数分别达到5.4,4.2,而震级较小的M_s5.8分别为3.7,2.2。傅里叶谱分析可得各监测点记录的2次地震卓越频率相差不大。由各监测点加速度反应谱可得同次地震中海拔最高的1^#监测点水平向和竖直向反应谱幅值最大;对比同一监测点不同震级加速度反应谱,较大震级的M_s6.3级各个方向幅值比M_s5.8级大。研究表明斜坡不同高程部位对地震波具有选择放大作用,高程越大,这种放大效应越明显。     

设计规范谱参数对高心墙堆石坝地震响应的影响

通过调整设计规范谱参数值,拟合了相应设计规范谱下的不同人工地震波并输入模型,计算得到不同人工地震波输入下的某拟建高心墙堆石坝的地震响应结果。通过对响应结果的对比,发现增大加速度峰值使得坝体的加速度反应极值、永久变形极值以及动孔压极值增大但坝体的加速度放大倍数减小;延长反应谱特征周期值、增大设计反应谱最大值均会使得坝体的加速度反应极值、加速度放大倍数、永久变形极值、动孔压增大。相关结论可供工程抗震计算时选用更加合理的设计规范谱参数值参考。     

陡倾顺层及反倾斜坡的动力响应FLAC~(3D)数值模拟

动力作用下斜坡的响应规律是分析斜坡动力失稳机理的关键。文章旨在研究陡倾顺层及反倾斜坡的动力特性和动力响应规律。利用FLAC~(3D)进行数值模拟,采用正弦波为动荷载,绘制了斜坡在不同振幅、频率的动荷载作用下及不同岩性情况下的PGA放大系数等值线图。通过分析得到斜坡高程放大、临空面放大作用和PGA放大系数节律性变化等动力响应规律。     

深厚覆盖层中地震动传播规律离心模拟试验研究

深厚覆盖层上高土石坝抗震问题一直是土石坝抗震研究领域的热点之一,而地震动在覆盖层中传播规律研究是其重要组成部分,为揭示地震在覆盖层中的传播机理,本文开展了离心机振动台试验,分别研究了输入加速度峰值、土层特性对于地震动在其中传播规律的影响。研究发现,地震动经覆盖层传播后,低频成分被放大,高频被抑制,且随着输入地震动峰值增加,地震动加速度峰值放大倍数逐渐减小,而对于相同的地震动输入,加速度峰值放大倍数随着土体剪切刚度的增加而逐渐变大。     

大坝强震动响应参数放大效应研究

强震监测是大坝监测的重要内容,受地形地貌、场地条件和建筑物结构的影响,大坝在强震动条件下会呈现不同的响应特征。选用Seismosignal软件对监测记录数据进行预处理(数据波形错点剔除、基线校正、滤波去噪)和常规处理(数字积分和频谱计算),将处理得到的参数(加速度峰值、振幅谱峰值)与大坝高程进行相关性分析。研究结果表明:①随着高程的增加,加速度峰值和傅里叶谱峰值放大系数逐渐增加,具有明显的高程放大效应,坝顶放大效应明显,同时说明强震动引起的高程反应效应随高程的增加而逐渐增加;②3个方向上,加速度傅里叶谱幅值主频率主要集中在1.5～6.5 Hz频带范围内,而对其他频带起到滤波作用。研究成果可为大坝安全评价提供参考资料。     

近断层脉冲型地震动作用下面板堆石坝的动力响应

越来越多的高土石坝正在西部地区建设或规划中,其中许多位于发震断裂带附近,遭遇近场强震的概率随着大坝数量的增加而增加,近断层脉冲型地震动作用下大坝地震响应特性亟待研究。本文选取10组台湾集集地震实测加速度时程,结合200 m级的面板堆石坝开展动力有限元分析,研究脉冲和非脉冲地震动作用对面板堆石坝的加速度、水平位移以及面板顺坡向应力的影响。结果表明,与非脉冲型地震动相比,脉冲型地震动对大坝堆石体的水平位移和面板顺坡向应力的影响较大,影响程度随着PGV/PGA(地面峰值速度/地面峰值加速度)的增大而增大。因此,在高地震区修建高土石坝时应对脉冲型地震进行专门研究,综合评价大坝的地震安全性和极限抗震能力。     

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．     

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。     

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。     

不同地质条件下边坡动力特征的DDA方法分析

为了对边坡动力响应特征进行分析,基于非连续变形分析(DDA)方法,改进了部分程序,并利用改进的DDA建立了边坡分析模型。该模型绘制了坡体中加速度放大系数等值线图,首先验证了模型黏滞边界的远近对边坡动力响应特征影响极小;其次,分析了不同坡角、坡高、岩性及输入一定地震波周期条件下的边坡加速度放大系数等值线随高程及水平深度的变化特征。分析表明:坡角、坡高小于一定值时,加速度放大系数随高程及水平深度增加呈递增趋势,同一边坡岩性较硬或输入波周期较长时,加速度放大系数较大;而当边坡中存在节理及软弱夹层等不利地质体时,地震波传播会受到反射和透射作用的影响,从而影响边坡的动力特征。经DDA模拟计算揭示:当岩体弹性模量较大时,节理对地震波传播的透射作用较强,且当节理间距与输入波长的比值小于临界值时,其比值越大,节理对波的透射作用越强;岩体分界面下部岩性较上部岩性硬时,随着2种岩体弹性模量差值增大,透射波峰值加速度衰减越明显,而反之分界面以下岩体较上部软时,随2种岩体弹性模量差值增大,透射波峰值加速度放大越明显;当软弱夹层厚度以及其与周围岩体波阻抗的比值较大时,地震波经过软弱夹层时的透射作用较小。     

堆积斜坡地震响应机理分析——以四川茂县国际饭店滑坡为例

地震作用下堆积斜坡的动力响应是十分复杂的过程。为了研究地震条件下堆积斜坡的响应机理,以茂县国际饭店滑坡为例,通过现场调查堆积斜坡发育特征,借助二维颗粒流程序PFC~(2D)研究了地震动力作用下堆积斜坡位移响应特征和速度响应特征,以此对其失稳机理进行研究。结果表明:堆积斜坡动力响应具有一定的滞后性,且在失稳初期具有启动加速效应;在水平方向和竖直方向上速度响应均有放大效应,且水平放大效应较竖直放大效应更加显著。茂县国际饭店堆积斜坡地震响应机理为:地震峰值加速度增加—后缘先产生裂缝并迅速拉裂—裂隙加速发育并形成沿堆积层和基岩交界面贯通的滑面加速下滑—受颗粒间碰撞耗能作用及刮铲耗能影响最终停止运动。深切河谷地区堆积斜坡地震响应机理为:后缘拉裂—滑面贯通—加速下滑—解体、局部抛射—颗粒碰撞、刮铲—堆积。研究成果可为深切河谷地区类似堆积斜坡失稳机理分析提供参考。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

确定性地震动空间差异对重力坝地震响应影响研究

针对高坝-地基体系地震响应分析对空间差异地震动场的需求,在波动输入模型基础上引入地震波组合效应提出确定非一致地震动场模型。该模型从地震动场形成的物理机制出发,以模拟确定性地震动空间差异为目标构建非一致地震动场。随后以确定非一致地震动场和波动输入对应地震动场为基础,采用重力坝算例研究确定性地震动空间差异对结构地震响应的影响。结果显示,相对于波动输入模型,确定非一致地震动场模型可在内蕴多点多维地震动相关性基础上模拟地震动的时间滞后、复杂幅值变化、时程形状差异等宏观空间差异特征。与波动输入地震动场相比,确定非一致地震动场引起重力坝坝踵主拉应力峰值增加的算例占比66.4%,引起下游折坡主拉应力峰值增加的算例占比76.7%。在主拉应力峰值平均值方面,确定非一致地震动场引起坝踵和下游折坡处的最大增幅分别为25.3%和46.4%。考虑工程安全,高坝-地基体系的非一致地震响应分析须全面考虑确定性地震动空间差异的影响。     

不同进洞高程隧道洞口段大型振动台模型试验研究

随着我国“一带一路”战略对中西部铁路建设投资力度的进一步加大,黄土地震区隧道安全问题日渐突出。如目前已建成的宝兰客运专线、兰渝铁路,正在修建的成兰铁路、银西铁路等都穿越黄土地震带。长期以来,进洞高程作为影响黄土隧道洞口段边坡隧道系统动力响应的重要参数,很少得到关注。因此,将进洞高程作为一个关键参数,借助振动台模型试验与数值模拟分析,定性研究了坡-隧系统动力响应的特点,设计了相似比为1∶70的隧道洞口段边坡隧道系统大型振动台模型试验。坡脚进洞和1/2倍坡高进洞模型试验震害观测结果表明:坡-隧系统坡高、坡角、入射地震波、岩土体材料、填筑方式、衬砌结构相同,进洞高程不同,洞口段破坏形态不同,破坏程度各异。进洞高程对衬砌结构加速度响应的影响与激振幅值的大小密切相关,坡脚进洞的加速度响应远远小于1/2倍坡高处进洞衬砌结构的加速度响应。