地震荷载作用下震裂–溃滑型边坡破坏过程及动力响应振动台模型试验研究

地震引起的滑坡是我国山区最为常见的地质灾害,为了深入理解地震作用下边坡的破坏过程及动力响应特性,对震裂–溃滑型破坏模式的边坡进行了室内振动台模型试验,深入分析该类型边坡失稳破坏的物理过程,以及在地震荷载作用下边坡动力响应规律。通过分析相关边坡的现场资料,设计制作相似模型并进行多工况的模型试验。试验结果表明在地震荷载作用下,边坡加速度放大系数沿高程的变化规律受加载波的类型影响较大。在同样条件下,卧龙波诱导的边坡加速度放大系数最大,EL Centro波次之,正弦波最小。边坡加速度放大系数与输入波加速度峰值关系受输入波类型、边坡土体位置等影响较大。当激励载荷频率较低时(如小于6 Hz),整个边坡的加速度放大效应不明显;当激励载荷频率较高时(如大于10 Hz),边坡底部区域加速度放大效应不明显,但在边坡中上部位置边坡加速度放大效应显著。     

不同类型地震波作用下堆积体边坡动力响应及#br# 失稳特征研究

准确理解地震作用下堆积体边坡的动力响应及失稳特征,可以为边坡抗震设计及稳定性分析方法提供依据。为了探讨不同类型地震荷载作用下堆积体边坡的失稳特征及动力响应,该文开展室内振动台模型试验。分析不同加载波形条件下边坡失稳特征以及加速度放大系数随相对高程、无量纲加速度幅值和频率参数的变化规律。探讨堆积体边坡的典型失稳特征和相关的物理机制。结果表明,正弦波作用下堆积体边坡加速度放大系数沿相对高程增长而变化较小;汶川清平波和El-Centro波作用下边坡加速度放大系数沿边坡相对高程呈较明显增大趋势。无量纲参数对放大系数影响较弱。当振动荷载达到边坡破坏的临界荷载时,边坡在短时间内即出现失稳破坏,破坏具有突发性,失稳模式具有典型的震裂-溃散型滑坡模式。在地震动力荷载作用下边坡位移变形可分为两个典型阶段：微变形阶段和急速上升大变形阶段。就该文3种波而言,在相同波峰幅值条件下,相同持续时间内正弦波所携带的总能量最大,最易使边坡失稳。     

不同类型地震波作用下堆积体边坡动力响应及失稳特征研究

准确理解地震作用下堆积体边坡的动力响应及失稳特征,可以为边坡抗震设计及稳定性分析方法提供依据。为了探讨不同类型地震荷载作用下堆积体边坡的失稳特征及动力响应,该文开展室内振动台模型试验。分析不同加载波形条件下边坡失稳特征以及加速度放大系数随相对高程、无量纲加速度幅值和频率参数的变化规律。探讨堆积体边坡的典型失稳特征和相关的物理机制。结果表明,正弦波作用下堆积体边坡加速度放大系数沿相对高程增长而变化较小;汶川清平波和El-Centro波作用下边坡加速度放大系数沿边坡相对高程呈较明显增大趋势。无量纲参数对放大系数影响较弱。当振动荷载达到边坡破坏的临界荷载时,边坡在短时间内即出现失稳破坏,破坏具有突发性,失稳模式具有典型的震裂-溃散型滑坡模式。在地震动力荷载作用下边坡位移变形可分为两个典型阶段:微变形阶段和急速上升大变形阶段。就该文3种波而言,在相同波峰幅值条件下,相同持续时间内正弦波所携带的总能量最大,最易使边坡失稳。     

陡倾顺层断裂带黄土–泥岩边坡动力响应振动台试验研究

以甘肃天水地区典型黄土–泥岩滑坡为原型,采用顺层倾角80°的断裂带黄土–泥岩边坡概念模型,通过输入峰值加速度逐级增大的地震波,设计并开展比例尺为1∶20的振动台模型试验,结合数值模拟,揭示陡倾顺层断裂带黄土–泥岩边坡地震动力响应规律以及失稳模式。研究结果表明:加速度动力响应在坡面处具有趋表效应,在断裂带处放大效应明显大于两侧地层;峰值加速度a=0.3 g是边坡地震响应的临界点,断裂带上盘放大效应、竖向与水平向动土压力响应在此临界点上下的响应性状与特征不同,当a≤0.3 g时边坡断裂带上盘放大效应不明显,竖向动土压力响应与上覆地层厚度呈正相关,水平向动土压力响应在坡肩处最强烈,在断裂带处呈整体降低趋势,而当a0.3 g时边坡断裂带上盘放大效应显著,竖向动土压力受断裂带和上覆地层厚度共同控制,且坡脚处的地震响应强烈;地震作用下陡倾断裂带黄土–泥岩边坡失稳模式为震裂滑移式破坏,其中上盘震裂裂隙分布区范围是下盘的1.5倍,这是陡倾断裂带边坡具有一定的断裂带上盘放大效应的又一佐证。     

频发微震下含水率对堆积体斜坡动力响应规律及失稳模式的影响

近年来,三峡库区微小地震频繁,同时库区堆积体斜坡广泛分布,频发微震作用下堆积体斜坡的稳定性值得关注。堆积体的含水率是影响斜坡稳定性的重要因素之一。通过振动台物理模型试验,揭示频发微震作用下三峡库区巨厚堆积体斜坡土体含水率对斜坡动力响应及失稳模式的影响。结果表明:模型斜坡在频发微震作用下发生"阶梯状"滑出破坏,变形演化过程:裂缝产生并发育→裂缝扩展→上部裂缝贯通(上部滑体发生滑动)→底部滑动面贯通(斜坡失稳破坏);裂缝贯通导致斜坡堆积体滑出的过程中,高含水率模型发生"局部整体式"破坏,低含水率模型发生"溃散式"破坏;坡体加速度响应表现出明显的趋高趋表效应,导致斜坡坡肩位置率先出现裂缝,含水率增大对这些效应具有促进作用。     

水平厚层状岩质边坡地震动力破坏过程颗粒流模拟

 基于二维颗粒流软件(PFC2D)的人工合成岩体技术,研究岩桥长度和节理间距不同组合形式下的含水平断续节理厚层状岩质边坡在地震作用下的破坏模式、动力响应规律以及岩桥段应力演化特征。研究结果显示：地震动作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡主要发生溃散型破坏、拉裂–滑移–块体倾倒混合破坏和拉裂–水平滑移混合破坏;水平断续节理是控制边坡动力稳定性的关键因素。节理间距对边坡破坏模式起控制性作用：当节理间距较小时,易发生溃散型破坏;当节理间距较大时,易发生拉裂–滑移–块体倾倒破坏和拉裂–水平滑移混合破坏。岩桥长度和节理间距共同控制着边坡岩体破碎程度,从而控制着边坡失稳破坏时滑动面的个数,当节理间距很小或者节理间距较大、岩桥长度较小时,发生单滑动面破坏;当节理间距和岩桥长度均较大时,发生双滑动面破坏。在地震动力作用下,岩桥段首先发生破坏,随后各节理间也产生破坏并贯通。岩桥长度和节理间距对边坡动力响应均产生一定影响,随着节理间距减小、岩桥长度增大,峰值位移、峰值速度增大,对加速度PGA放大系数的影响区域集中在边坡坡表、坡脚等部位。地震作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡岩桥段应力演化、裂纹萌生与输入的地震波加速度具有良好的一致性。     

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–泥岩边坡动力响应及破坏特征离心机振动台试验研究

为研究西北地区特殊的黄土–泥岩二元结构边坡地震动响应机制,以天水地区典型边坡和滑坡为原型,采用黄土–泥岩组合的概念模型,设计并完成比例1∶40的离心机振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同振幅的水平向和垂向地震波,系统地研究模型边坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.1 g为例,对这2种边坡模型的动力响应及破坏特征差异进行分析,结果表明:2种边坡关键点位的动力响应水平向大于垂向,呈非线性,并表现为趋表效应、高程效应和岩性效应;一般黄土边坡的破坏形式表现为:坡肩形成拉张裂隙,逐渐扩张,坡肩产生向临空面方向的位移,坡体中上部的黄土覆盖层隆起,部分土体振松滑落堆积在坡脚;黄土滑坡的破坏形式表现为:滑坡后壁形成拉张裂隙,逐渐扩张,滑坡后壁发生崩落,滑坡顶部堆积体略有下挫,形成凹槽,坡脚发生轻微鼓胀。     

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。     

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。     

降雨触发不同级配堆积体滑坡模型试验研究

深入研究降雨条件下堆积体坡失稳规律对滑坡预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。开发研制了降雨滑坡室内模型试验系统,对3种配制的堆积体土样进行了模型试验。研究了降雨条件下堆积体土坡的渗流、变形、破坏和颗粒运移的规律,探讨颗粒级配对堆积体土坡稳定性的影响。结果表明:坡内土体体积含水率、孔隙水压力和吸力随降雨历程响应明确;湿润锋到达后体积含水率和孔隙水压力持续增加而吸力持续减小,达到峰值后稳定;降雨停止后体积含水率和孔隙水压力立即降低而吸力逐渐增大。坡体破坏瞬时土体位移有一个加速过程。颗粒级配(含石量)对土坡破坏模式具有显著的影响;堆积体含石量为13%,19%,41%的土坡破坏模式分别为多级后退式破坏、冲蚀引起的局部浅层滑动破坏和块状滑动破坏;含石量越小,滑裂面越明显;含石量对细颗粒流失也有影响,含石量越大细颗粒流失越显著,坡脚细颗粒含量越大。     

循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究

 在振动荷载的长期循环作用下,岩质边坡中的原生结构面可能扩大并产生新的破裂面,直接影响到岩质边坡的稳定性。以某节理岩体边坡为原型,根据相似理论制作模型框架并在其内建造室内节理岩体边坡模型,利用振动台对边坡模型进行振动加载,研究在振幅分别为1.0,1.25,1.5 mm的振动荷载作用下节理岩体边坡的动力响应规律,对比水平方向和竖直方向振幅都为1.5 mm时边坡模型的变形差异。循环加载试验表明,在振动荷载作用下,边坡变形随振动荷载振幅、振动时间的增大而增大;边坡模型对于竖向的振动荷载更加敏感;边坡模型在受到振动荷载作用时,顶部的变形大于底部的变形;长期的振动荷载作用会导致原生裂隙延伸、扩张、贯通,引起边坡变形增大;根据变形情况提出边坡在振动荷载作用下的变形过程及变形导致的整体性滑坡和局部滑塌2种可能的破坏模式。研究结果对节理岩体边坡在循环荷载作用下的动力响应、疲劳劣化机制和边坡工程的长期安全性等理论研究和工程应用具有参考意义。     

强降雨下无黏性土坡破坏的影响因素试验研究

利用自行研制的室内水槽模型试验系统,对日本#6,#7和#8硅砂试样开展了固定降雨强度(90 mm/h)下诱发无黏性土坡破坏的模型试验;描述了强降雨条件下无黏性土坡的破坏过程,探讨了坡体厚度、前缘卸荷、土样颗粒尺寸及细颗粒含量对破坏过程的影响规律,分析了土坡破坏过程中的孔隙水压力响应特征.结果表明:①在持续强降雨作用下,...     

基于极限分析的边坡实时动态Newmark滑块位移法

 Newmark滑块位移法常被用于计算边坡的震后位移,但其计算过程所使用的均为边坡失稳瞬间状态的参数,并未考虑到滑坡体在地震时程中不断变形下滑所引起的参数变化。基于极限分析原理,考虑滑坡体下滑转角对各做功功率以及边坡几何参数的影响,推导了边坡实时屈服加速度系数、实时角加速度以及震后水平位移的计算表达式;使用Matlab编程并以地震波记录时间间隔为单位对滑坡体的动态参数进行实时更新,实现了实时动态的Newmark滑块位移法计算过程;将该方法应用于典型边坡算例中,并与传统的Newmark滑块位移法进行了对比。结果表明：边坡实时屈服加速度系数会随着滑坡体转角的增大而增大,考虑实时动态效应的边坡震后位移比不考虑的结果要小,且两者之间的差异会随着边坡整体稳定性的提高而逐渐减小。该方法弥补了传统Newmark滑块位移法应用中忽略实时动态效应的不足,其成果可为相关边坡的抗震设计与震后变形计算提供新的参考。     

现今斜坡工程安全设计理论的根本缺陷与灾难后果

滑坡及其灾难在世界各地、经现代岩土工程设计施工的斜坡中不断地发生。论文提出、分析和论证了造成工程斜坡滑坡的一个本质原因。它就是现代斜坡工程安全设计理论存在根本缺陷。这个缺陷表现在3个方面。第一,土体抗剪强度参数（有效黏聚力和有效内摩擦角）在斜坡安全设计中假定为常数,不随土体孔隙和含水率的增大而减低到零,孔隙水对土体剪切强度的影响仅体现在孔隙水压强对有效应力的影响。第二,经典岩土力学理论（特别是有效应力原理和排水固结理论）仅能预测外部加载产生土体压剪、孔隙率减小、土体强度增大的岩土稳定工况过程。它们不适用于外部卸载造成土体拉张、孔隙率增大、土体强度减少的岩土破垮工况过程。第三,斜坡安全系数是土体抗剪强度与施加剪切应力的比值。由于土体强度本值（品质）很低,加固工程增加这个比值安全系数达到设计最小值时所能够提供的强度本质（品质）增加量也就不高。斜坡工程岩土体的强度和品质没有得到能够防治岩土体拉张变形和滑垮的根本改善和增强。从而,工程人员必须精心全力地确保低品质斜坡工程岩土不破垮和滑塌。可是,又由于工程斜坡众多和它们的降雨、场地和环境变化较大,上述3个方面现代斜坡工程安全设计理论的根本缺陷可以导致：达到安全设计标准的工程斜坡,在施工和营运过程中,能够发生滑垮、产生灾难后果。本论文特别认为,经典岩土力学理论是仅适用于完全压剪的,应称为压剪岩土力学理论。提出了应该建立既适用压剪又适用拉剪的、新的土力学理论和防抗岩土灾害设计方法。     

基于透明土技术土岩边坡滑移机理的模型试验研究

随着工程技术的飞速发展,土岩边坡滑移机理的研究具有重要的意义和工程应用价值。通过透明土模型试验研究坡顶荷载作用下土岩界面接触滑移机理和规律,实现了土岩边坡内部滑移变形的可视化。考虑了岩体Barton节理粗糙度系数、坡体角度和坡体高度等因素对土岩边坡稳定性的影响。利用粒子图像测速(PIV)和激光散斑技术,获得了土岩边坡在坡顶荷载作用下内部变形的特征。试验分析表明,土岩边坡的滑动可分为3个阶段:初始阶段、匀速阶段和加速阶段;在土岩边坡滑移过程中减小岩体Barton节理粗糙度系数、增大坡体高度、增大坡趾角度将引起边坡土体内部较大的位移,进而引发土岩边坡的失稳。采用双排抗滑桩的边坡防护措施后,有效地延缓边坡土体内部位移的发展,提高土岩边坡的稳定性。文中研究成果为揭示土岩边坡滑移机理及其工程防护的有效性提供了重要的理论依据,通过跟踪透明土颗粒的运动轨迹实现土体内部变形可视化的土岩边坡滑移提供了试验依据。     

Stability Analysis of Slope with Water Flow by Strength Reduction Method

Rainfall is one of the most critical factors with regard to slope instability. In this paper, the effect of seepage flow on slope stability is investigated by means of a strength reduction method. It is demonstrated that the factor of safety (FOS) for a sandy soil slope is influenced by seepage flow more than other types of soil. If the pore pressure is generated by the use of a piezometric line, the FOS is smaller than that generated by seepage flow analysis. The difference is small for clayey soil slopes but is larger and more noticeable for sandy soil slopes. The analysis also shows that the installation of retaining walls to increase the length of the seepage path is effective to prevent slope failure induced by seepage flow. The effects of water flow on soil nailed slopes, locally loaded slopes and pile reinforced slopes are also investigated in this study. The present study also shows that the effect of densely populated soil nail on the seepage flow can be neglected for practical purposes.     

水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验

粉土具有明显的非饱和土力学特性,坡内外水位变化诱发粉土边坡失稳是常见工程灾害之一。分别针对坡内和坡外水位变化诱发的粉土边坡失稳情况,开展了相应的离心模型试验研究,结合非饱和土力学相关理论分析和数值模拟,揭示了粉土边坡在两种情况下的变形及失稳模式和发生机制。结果表明：当坡内水位超过1/3坡高后,在坡内渗流作用下,粉土边坡呈现逐级侵蚀剥落、从坡脚向坡顶、由浅层向深层的多级滑坡失稳;坡外水位上升将导致松散粉土边坡发生显著湿陷变形,而坡外水位骤降将造成粉土边坡的多重浅层牵引式滑坡。粉土边坡的失稳模式和发展与粉土的非饱和土力学特性密切相关。最后根据模型试验结果提出了相应的粉土边坡渗流失稳工程控制措施。     

循环荷载作用下泥炭质土动力累积特性试验研究

 工程实践中,泥炭质土由于富含有机质,具有高含水量、低密度、超高压缩性以及低强度的异常力学特性,往往被视为问题土。针对昆明地区交通荷载作用下泥炭质土的动力响应特征,选取滇池草海附近典型泥炭质土,开展考虑围压水平、动应力幅值以及静偏应力影响的不排水循环三轴试验,研究该土的长期累积变形特性。研究表明：研究土样具有典型泥炭质土特征,表现为含水量181.5%～259.3%,密度1.10～1.22 g/cm3、有机质含量29.9%～53.0%,有机物质分解度较高;动应力幅值和静偏应力对昆明泥炭质土的长期动力特性影响显著,大动应力幅值和静偏应力加剧累积变形和孔压的发展,同时,当动应力水平小而静偏应力大时,累积塑性变形的发展速度反而大;虽然初始围压对累积变形影响较小,但对残余孔压的影响显著。此外,基于双对数坐标下累积应变速率与循环周次关系以及前人研究方法,建立了泥炭质土累积塑性应变与动荷载循环周次间的经验关系。