水平与竖向加速度-时程曲线叠加效应下边坡永久位移计算的极限上限分析

实际边坡动力稳定性受地震竖向与水平方向效应共同作用,传统边坡地震永久位移计算方法较少考虑竖向地震波影响,采用实际地震的竖向与水平方向加速度时程曲线共同效应更符合工程实际。基于极限分析上限法和Newmark刚塑性滑块模型,提出一种基于实际水平向与竖向地震加速度时程曲线的边坡永久位移计算改进方法,以3个工程边坡为例,探讨了两组具有代表性实测典型水平和竖向地震地面运动记录对边坡地震永久位移计算的影响。研究结果表明:不考虑竖向地震加速度时程曲线时,本文方法可蜕化为与前人方法兼容;不同地震波的竖向与水平地震动时程曲线的叠加效应不同,竖向地震对边坡永久位移的影响不可忽略。     

竖向地震效应下近断层边坡永久位移预测模型

利用改进的能量法从美国NGA数据库的4 669条地震记录中量化识别出305条近断层速度脉冲地震动。脉冲具有方向性效应,所有地震动均转换到最强脉冲方向。基于Newmark刚塑性理论模型,考虑竖向地震效应,输入拟合后的地震动,计算了边坡永久位移值。根据大量计算结果统计发现,竖向地震效应对近断层内的边坡永久位移有显著影响,既有边坡地震位移预测模型的预测值离散性较大。通过相关性分析,发现竖向效应作用下,边坡永久位移值与近断层地震动的峰值速度相关性显著。采用统计学回归分析方法,建立了基于峰值速度(PGV)、Arias强度(I_a)、临界加速度(a_c)的预测模型,该模型简单实用,可应用于近断层区域的边坡滑坡地质灾害风险评估。     

基于汶川地震强震动记录的边坡永久位移预测模型

边坡的永久位移为边坡工程的抗震设计和坡体稳定性判识提供了可靠的依据。利用汶川地震时记录到的大量强震动记录,建立了基于临界加速度比、 Arias 强度和地震剩余强度的永久位移预测模型。通过能量法将实测边坡位移转换为无支护结构的边坡永久位移,并利用其检验了模型的有效性。文中提出的 3 种位移模型与回归数据具有良好的相关性,基于地震剩余强度的模型拟合效果最佳,说明永久位移与地震剩余强度具有强相关性;以临界加速度比为参数的模型简单实用;以 Arias 强度为参数的模型判定系数和预测精度均较差。研究结果表明,由于记录台站的当地效应,基于强震动记录回归的永久位移模型具有区域相关性。文中提出的模型可为四川及其邻近省份的西部山区区域地震滑坡风险评价、震后滑坡灾势评估以及具体边坡工程地震稳定性的快速预估提供依据。     

基于速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型

采用基于小波变换的多向地震动速度脉冲特性鉴定方法,从NGA数据库及汶川地震动记录中提取出了196条速度脉冲地震动数据;基于Newmark非耦合滑动模型,考虑土体非线性特征。通过计算速度脉冲地震动作用下不同强度(k_y)及初始自振周期(T_s)边坡模型的地震位移,对比分析了边坡地震位移与速度脉冲地震动参数之间的相关性,并建立了适用于近断层速度脉冲地震动的边坡地震位移统一预测模型。结果表明：既有边坡地震位移预测模型低估了近断层速度脉冲地震动引起的位移值,而用于预测近断层非脉冲地震动引起的边坡地震位移离散较小;近断层速度脉冲地震动引起的边坡地震位移与其速度脉冲特性密切相关,地震位移与速度脉冲地震动参数(峰值速度PGV)相关性最好;采用1.5倍边坡自振周期对应的加速度反应谱(S_a(1.5T_s))和 PGV分别代表速度脉冲地震动的频谱成分及速度脉冲特征,能够综合反映速度脉冲地震动对边坡地震位移的影响;建立了基于边坡参数(k_y, T_s)和脉冲地震动参数(PGV, S_a(1.5T_s))的边坡地震位移预测模型,为考虑近断层地震动速度脉冲特性影响的边坡地震位移概率灾害分析提供了基础。     

不同地震强度下新型装配式锚索框架梁加固边坡抗震性能分析

装配式预应力锚索框架梁作为一种新型边坡加固方式,其抗震性能目前仍缺乏研究。针对采用“十字梁”与“一字梁”组合加固边坡,以实际工程为背景,建立了非线性动力时程分析数值模型。将El Centro波作为地震动输入,通过调幅分析了不同地震强度的影响规律。研究结果表明,装配式框架梁加固后边坡的滑坡体与基岩水平位移差明显降低,峰值加速度对滑坡体内测点水平位移的影响主要体现在残余变形阶段,边坡的震后永久位移随峰值加速度的增加而增加,且增速逐步加快;在不同峰值加速度下,边坡加速度的响应均出现一定的滞后作用,当峰值加速度较大时,边坡的加速度响应长期处于剧烈波动状态,加固后加速度放大系数最高可达8.0;地震时预制一字梁的梁底应力最大值明显大于预制十字梁,当峰值加速度为0.4g时,一字梁梁底有拉裂风险。     

地震作用下动孔隙水压力对边坡永久位移影响的简便计算方法

基于转动平衡理论,提出了考虑地震作用下动孔隙水压力影响的边坡永久位移简便计算方法,并通过砂土边坡（长度×宽度×高度为1.96 m×0.96 m×1.20 m）的振动台试验进行了验证。结果表明：地下水对边坡动力特性影响较大,随着地下水位的升高,边坡的自振周期呈现增加趋势,水位1.0 m时边坡的自振周期是无水时的2.88倍;地下水位越高,地下水对边坡临界加速度的影响越显著,且当水位为1.0 m时边坡的临界加速度比无水时减小了28%;随着水位的升高,边坡永久位移均表现出增加的趋势,地震峰值加速度为2.0m/s²时,水位1.0 m的永久位移是无水时的9.8倍;此外,随着地震峰值加速度的增加,边坡永久位移急剧增加,当地震峰值加速度为2.0m/s²时,永久位移是地震峰值加速度为1.0m/ s²时的6.9倍。建议的简便方法与试验测得的边坡永久位移最大偏差在10%以内,验证了建议方法的可靠性。     

跨断层桥梁非一致激励输入模型适用性研究

为研究适用于跨断层桥梁的地震动输入分析模型,以1座跨断层桥梁为例,分别计算了非一致激励位移输入模型和大质量法加速度输入模型的地震响应,探讨了2种输入模型的适用性及模型误差产生原因。结果表明:位移输入模型可考虑永久地面位移对结构地震响应的影响,能够真实反映跨断层桥梁在地面运动结束之后桥墩具有的残余内力和变形,适用于跨断层桥梁非一致激励地震响应分析,而大质量法加速度输入模型对此无法考虑,可能导致不合理也是不安全的计算结果;在运用通用有限元计算软件进行加速度输入模型多点激励分析时,应首先核查与拟输入加速度时程对应的位移时程是否存在永久地面位移,若存在永久地面位移,则建议改为位移输入模型进行计算,否则将可能得到失真的计算结果。     

在水平和竖向地震加速度综合作用下的土壤滑坡

土工结构的传统设计方法是水平以地震作用系数的拟静力稳定分析为的基础的。本论文研究了以在水平和竖向加速度的综合作用下的稳定性和永久位移。采用的是对数螺旋线的破坏机理，试验结果表明，地震作用对斜坡的稳定性和永久位移有显著影响。对参数的研究表明如果相应的产加速度较大，别竖向加速度对稳定性和永久位移有重要影响。     

跨倾滑正断层桥梁地震响应数值模拟

为揭示跨倾滑正断层桥梁的地震响应规律，以海文大桥跨断层引桥为研究对象，根据地震震级和断层参数间的关系构建了铺前-清澜断层的物理模型，并基于空间随机场模型生成该断层滑动的空间非均匀分布；采用基于断层破裂物理过程的地震动混合模拟方法生成断层两侧可能发生的最大永久位移地震动；同时，采用OpenSees建立了全桥三维动力有限元模型，分析了永久位移地震动频带、桥梁与断层相对位置、竖向地震动及减隔震方法对该桥地震响应的影响规律。研究结果表明：所采用的地震动模拟方法可以合理考虑断层断裂的复杂性，生成地震动的反应谱在短周期段和设计反应谱吻合良好，在长周期段具有显著的滑冲效应特征，可有效模拟断层两侧的永久位移地震动;在跨断层桥梁地震响应分析方面，断层错位和高频带地震动对跨断层桥梁地震响应均有较大的贡献，跨断层桥梁地震响应分析须采用具有永久位移的宽频带地震动作为地震动输入，仅采用高频带地震动或者采用断层错位进行静力分析均会低估桥墩的地震响应；而位于断层同侧的桥梁主要受高频地震动的影响，跨断层桥梁的地震响应远大于断层同侧桥梁的响应；不考虑竖向地震动会低估跨倾滑断层桥梁纵桥向的地震响应，且跨径越小竖向地震动的影响越大，在进行跨倾滑断层桥梁抗震设计时，应选取较大跨径的简支梁桥来减轻竖向地震动的影响。同时，合理的限位拉索设计可利用桥墩的抗震能力明显改善跨断层桥梁的支座变形，减小因断层错位引起的桥梁损伤。     

在水平和竖向地震加速度综合作用下的土壤滑坡

土工结构的传统设计方法是以采用水平地震作用系数的拟静力稳定分析为基础的。本论文研究了斜坡在水平和竖向加速度的综合作用下的稳定性和永久位移。采用的是对数螺旋线的破坏机理。试验结果表明，地震作用对斜坡的稳定性和永久位移有显著影响。对参数的研究表明如果相应的水平加速度较大，则竖向加速度对稳定性和永久位移有重要影响。     

非均匀地震作用下隧道位移反应分析

根据多点地震动合成方法,考虑地震波的随机性和行波效应,生成非均匀多点地震动加速度时程曲线,在此基础上,运用FLAC3D分析隧道在非均匀性地震荷载作用下的响应特征及其影响因素。引入非均匀影响系数η和最大最小位移比Φ描述地震作用下隧道位移反应规律。分析结果表明,隧道的位移反应和地震的空间非均匀性对隧道位移的影响随埋深、侧压系数增加而减小;随地震动振幅的增加而增加;随地震动卓越频率的增加而减小;随地震动持时的增加而增加。非均匀影响系数η和最大最小位移比Φ表现出和位移相同的变化趋势。     

地震作用下顺层岩质边坡锚固特性的拟动力分析

实践证明锚杆对边坡加固效果明显,但目前对地震作用下岩质边坡的锚固机制研究还不够深入,因此研究锚固边坡的抗震性能对于边坡锚固的优化设计具有重要意义。采用拟动力法模拟地震加速度时程曲线的输入,并基于极限分析上限定理推导地震作用下顺层岩质边坡临界无量纲总锚固力及锚固边坡稳定安全系数的表达式。通过算例对比分析锚杆倾角、节理面倾角、地震加速度影响系数、地震加速度放大系数、节理黏聚力与内摩擦角对边坡临界状态下总锚固力的影响。研究结果表明:边坡临界状态下锚固力与锚杆倾角、节理内摩擦角、水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数正相关,与节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力负相关;随着节理内摩擦角的增大,水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数对边坡临界状态下锚固力的影响越明显,而锚杆倾角、节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力的影响则逐渐减弱。     

强震作用下边坡屈服加速度计算方法的改进

Newmark法是一种广泛运用于工程中的地震边坡永久位移计算方法,目前最常使用的传统方法只适用于滑动角度与坡角相近的浅层直线滑面情况。为了将Newmark法推广到圆弧滑面以及结构面控制的直线滑面,在传统方法的基础上改进了地震屈服系数的计算公式,并分析不同滑面形态下边坡的强震永久位移,并与Newmark条分法以及有限元解耦法进行对比。然后分析坡高、坡角、滑面形态性质对地震屈服系数大小的影响。最后与大型振动台试验进行对比。结果表明:(1)当滑面范围较大时,传统Newmark方法低估了圆弧滑面以及结构面控制滑面在强震作用下的永久位移;(2)边坡屈服加速度稳定性系数与滑面剪入、剪出口位置以及坡角有关,并且采用改进Newmark方法计算结果与Newmark条分法以及有限元解耦法结果较为一致;(3)与振动台试验进行对比,改进Newmark方法得出的不同震级条件下的位移变化规律较为一致。证明该方法既继承了传统方法简洁、方便的特点,同时精确度以及适用性均较好,可以直接运用于工程实际中。     

竖向地震动对连续刚构桥受力影响分析

近断层地震动的一个明显特征就是可能会出现较大的竖向地震动,而规范对竖向地震动加速度峰值的规定没有考虑该情况,因此开展竖向地震动对连续刚构桥抗震性能影响的研究十分必要。本文以一座连续刚构桥为例,研究了竖向地震动加速度峰值与水平地震动加速度峰值之比分别为0.5、1.0、1.5、2.0、和3.0等5种情况时,结构的地震响应和桥墩损伤情况。从计算结果看以看到,在竖向加速度峰值较大时,边支座出现较大上拔力,桥墩可能出现轴向拉力,桥墩损伤情况随着地震动竖向加速度峰值与水平向加速度峰值之比的增大也有增加的趋势,这在进行设计时应给予足够的重视。     

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。     

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。     

不同竖向地震动的选取方式对核电厂结构的影响研究

基于现行技术标准中关于竖向地震动方面的规定,可得到4种不同竖向地震动的选取结果,用这4种不同的竖向地震动反应谱的合成地震动,计算出不同竖向地震动作用下同一个核电厂结构的地震响应,包括各节点峰值加速度和楼层反应谱。计算结果表明:在核电厂抗震设计过程中,竖向设计加速度取水平向所有频段峰值加速度2/3的方法偏于不保守,在核电厂厂址地震安全性评价和抗震设计时,建议竖向地震动的选取应考虑实际场地的地震特征,可依据ASCE4-98推荐的方法。     

水平地震动作用下平台宽度对边坡动力响应及稳定性影响

采用有限元软件建立多级边坡计算模型进行数值模拟,分析水平地震作用下不同高程处平台的宽度对边坡动力响应及稳定性的影响。计算结果表明:增加平台宽度,对边坡的位移、加速度响应均有不同程度的影响,增加中部平台的宽度,对边坡加速度响应有更为显著的减缓效果;在地震动作用下,边坡首先从坡脚处产生剪切变形,并逐渐沿坡体向坡顶处延伸,边坡的剪切应变随平台宽度的增加而显著减小;随着不同高程处平台宽度的增加,边坡的静、动力稳定性均有所增加,增加中部平台的宽度对提高边坡的动力稳定性的效果更为显著,在边坡工程设计中,应考虑适当加宽中部平台宽度;此外,在不同地震烈度条件下,随着平台宽度的增加,边坡动力稳定性的增幅呈规律性变化。     

竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响

为了研究竖向地震动对摩擦摆隔震LNG储罐地震响应的影响,由摩擦摆的滑块受力平衡推导出考虑竖向地震动的摩擦摆隔震系统的水平力与位移的滞回关系与隔震周期,指出LNG储罐考虑竖向地震动的必要性。引入由碟形弹簧和摩擦摆组合而成的三维基础隔震系统,讨论不同竖向地震动强度对LNG储罐的地震响应的影响,研究结果表明:LNG储罐地震响应必须考虑竖向地震动,尤其是竖向地震动强度较大时;竖向隔震周期0.4s,或者竖向阻尼比0.2～0.3,或者减小摩擦摆的摩擦系数与曲率半径,可以有效地降低竖向地震动对LNG储罐地震响应的影响。     

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。