地震作用下黄土边坡震陷破坏的动力离心模型试验研究

为研究黄土边坡地震动响应机制,以兰州地区典型边坡为原型,设计并完成了几何比尺1∶20的原状黄土边坡动力离心模型试验。系统地研究了黄土边坡的地震动力响应特性、黄土边坡的稳定性和震陷变形规律。表明黄土边坡的加速度放大效应随坡高呈非线性增大变化,且在坡体顶部到达最大;边坡坡面的动力放大效应大于坡体内的动力放大效应;边坡断面内坡肩下动力放大效应大于坡中下动力放大效应。强震作用下黄土边坡破坏形式表现为坡顶有明显的震陷下沉,坡顶、坡肩及坡面出现大量的震动裂隙。由于坡肩及破面震陷变形,以及坡体内震动裂缝发展,边坡中下部坡面出现挤出、隆起变形,并向临空面方向产生移动。坡体内震动裂缝发展形成了潜在滑移面,为边坡产生整体滑移提供了条件。     

黄土斜坡坡面位移和加速度响应特性的振动台试验研究

以平凉崆峒区黄土塬斜坡为原型,开展含裂隙黄土斜坡和不含裂隙黄土斜坡的对比振动台模型试验,研究地震荷载作用下黄土斜坡坡面位移和加速度响应规律。通过三维光学测量分析系统,高精度、实时获得斜坡表面的变形量。试验表明：随着输入地震荷载的增加,含裂隙黄土斜坡和不含裂隙黄土斜坡坡面PGD均呈现出随着坡高的增加逐渐增大的变化趋势;在相同地震波输入下,水平向加载作用下坡面峰值位移略大于垂直向加载,有裂隙斜坡坡肩处位移值约为无裂隙斜坡的1.5倍。通过对比坡面不同高度处的PGA放大系数,表明两类斜坡水平向的加速度放大效应大于垂直向放大效应,并在坡肩达到最大值,呈现出高程效应与趋表效应;有裂隙斜坡坡肩处的PGA放大系数明显大于无裂隙斜坡。     

反倾层状结构岩质边坡动力响应特性及破坏机制振动台模型试验研究

 采用物理模型试验,研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。试验结果表明：(1)加速度放大系数具有随坡高而增大,且越接近坡顶放大越明显的非线性高程效应及越接近坡表放大越强烈的非线性趋表效应。(2) 基本以3/4坡高为界,此高度以上,边坡水平加速度放大效应明显高于垂直加速度,而此高度以下,垂直加速度放大效应较明显。(3) 地震波频率对加速度放大系数影响最大,当地震波频率越接近坡体自振频率时,加速度放大越明显,且边坡出现波动特性的坡高越低。(4) 加速度峰值不改变动力加速度放大系数在坡体内的分布,但加速度峰值越高,边坡动力加速度放大系数越大。(5) 反倾层状结构边坡在地震力作用下的破坏过程主要为：地震诱发→坡顶结构面张开→坡体浅表层结构面张开→浅表层结构面张开数量增加、张开范围向深处发展,且坡体中出现块体剪断现象→边坡中、上部及表层岩体结构松动,坡体内出现顺坡向弧形贯通裂缝。试验中出现的变形分带现象进一步证明了动力加速度放大系数在坡体内分布的非线性。     

地震作用下黄土滑坡加速度深度放大效应及震后变形模式研究

基于相似比理论,设计并完成了典型黄土滑坡物理模型试验,采用先进的离心机振动台技术,实现水平+垂直振动,研究黄土滑坡的地震动放大效应及变形模式,并配合有限差分数值模拟方法相互验证。结果表明：沿滑坡体浅表层加速度放大作用具有明显的趋表效应,水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂向;在滑坡体的滑动面附近加速度放大作用呈现出岩性结构效应;随高程增加加速度响应逐渐增大,表现出高程效应,滑坡后壁放大作用明显。随入射地震波强度的增加,滑坡体内部关键部位加速度放大作用基本是先增大后减小的趋势。强震作用下黄土滑坡的破坏形式为：滑坡后壁形成拉裂隙并逐渐扩展,滑坡后壁发生崩塌,滑体略有下挫,形成拉槽,坡体中部鼓胀,坡脚有大量崩积物。研究结果为探讨地震作用下黄土滑坡的加速度放大效应和变形破坏情况,以期为天水地区黄土滑坡的地震稳定性评价和抗震设计提供参考。     

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。     

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EI北大核心CSCD

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。     

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。     

地震作用下岩质边坡动力响应特性及变形破坏机制研究

 以汶川地震诱发大型岩质边坡为研究对象,基于相似理论,采用室内大型振动台模型试验,通过输入不同频率、不同持时以及不同幅值的正弦波,研究顺层及均质结构岩质边坡的动力加速度响应特征及动力输入参数对边坡动力特性的影响。试验结果表明,模型边坡动力加速度分布存在明显的而非线性高程放大特性及非线性趋表特性;且边坡对加速度的放大存在高度效应,即边坡中上部大约3/4坡高以上对水平加速度放大明显,而中下部对竖直加速度放大明显;受地形作用影响,边坡坡脚对加速度具有明显的抑制作用;地震波输入的动力参数对加速度动力特性有影响,地震波频率对加速度影响最为明显,边坡动力加速度随频率的增加而呈非线性增大的趋势,当地震波频率接近边坡模型自振频率时影响最大,且频率的增加改变坡体内加速度的分布特征;动力加速度随边坡输入加速度峰值的增加而增加,但幅值的变化并不改变加速度在坡体内的分布;地震波持时对动力加速度影响轻微。边坡坡体结构是影响其动力特性的重要因素,顺层结构边坡由于存在大量的结构面其动力加速度放大系数要高于均质结构边坡15%左右。     

上海深坑酒店基于变形控制的高陡边坡加固设计研究

结合上海深坑酒店建设项目边坡加固工程,探讨基于变形控制的边坡加固设计方法,通过引入三维动力有限单元法分析加固前后边坡变形特性及稳定性,验证加固方案的可行性.研究表明,采用预应力锚索+锚杆的加固方案能达到稳定性控制与变形控制的加固目的 ,加固后边坡位移明显降低,稳定性安全系数明显提高,满足抗震稳定性及变形控制要求.地震作用下,边坡加速度响应随边坡高度逐渐放大,土层的放大效应较岩层更为明显;岩层软弱结构面处边坡加速度响应放大较为明显.     

地震和降雨耦合作用下黄土边坡失稳滑移的振动台试验研究

为了研究黄土边坡在地震和降雨耦合作用下的动力响应特征、变形演化过程以及失稳破坏机制,开展天然状态、降雨100 mm黄土边坡2种模型试验,对比分析降雨前后两类边坡模型的宏观变形、加速度、孔压、土压力等相关物理量的变化特征。结果表明:降雨后黄土边坡模型自振频率降低,阻尼比增大,地震动放大效应增强;强震作用下,坡顶区域土体震陷、液化,后续地震动作用下液化土体还会出现顺坡向滑移;根据边坡模型宏观变形、孔压及土压力变化,其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、蠕滑阶段4个阶段,不同阶段土体宏观变形、孔压、土压力各自有其特点。     

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。     

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。     

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。     

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。     

顺层岩质边坡加速度响应规律和滑动堵江机制大型振动台试验研究

根据动力模型试验的相似关系,制作1个尺寸为3.0 m×0.8 m×1.6 m (长×宽×高)坡角为40°的顺层模型边坡,设计传感器的布置和试验输入方案,并完成大型振动台试验。试验发现,在坡面上水平加速度随着坡高增加有明显的放大作用,并且该放大作用呈现出非线性和在不同高程的分段性特征,在坡高的1/3以下,加速度放大效应明显,在坡高2/3到坡顶处放大系数急剧增大,中间段水平加速度放大系数增长较为缓慢;在坡体内部竖直方向上,随着高程增加,加速度放大系也表现出非线性放大效应;在坡体水平方向上,在坡面一定深度内坡面处的加速度放大系数大于坡体内部,表现出趋表效应。根据破坏后的特征及试验过程中的视频回放和分析,得出模型边坡的滑动堵江机制为地震诱发→后缘松动拉裂→前缘剪切→高速下滑→对岸阻挡隆起→堆积坡脚→形成堰塞体。研究成果对地震灾区滑坡以及堰塞湖形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

黄土地区场地条件对地震动放大效应影响研究

汶川Ms8.0特大地震在甘肃黄土灾区局部场地的震害和地震动具有明显的放大效应。通过在该区布设的地形调查流动强震动观测台阵,获取了同一山体不同高程的余震加速度记录,结果呈现出山顶记录到的峰值加速度大于山腰,而山腰记录也略大于山脚的规律。为了进一步分析黄土地区地震峰值加速度的放大机理,运用地脉动观测手段调查了其局部场地条件,得到了山体不同高程的卓越频率。并以典型黄土塬为背景,运用二维等价线性时程响应动分析法对不同覆盖层厚度和不同坡度的黄土塬进行了地震荷载作用下的动力响应分析,分析了不同条件下的山顶和山腰的地震峰值加速度放大特征。结果表明,地震峰值加速度放大效应和黄土覆盖层厚度及黄土边坡坡度有直接的关系。数值计算结果与实际震害观测吻合较好,证实了黄土覆盖层厚度和坡度是峰值加速度放大的重要因素。     

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。     

汶川地震中国道G213左侧某典型高山河谷场地地震滑坡响应分析

 以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法--基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上堆积体的地震滑坡响应进行研究。研究结果表明,在地震力和重力作用下,堆积体顶部先出现应力集中,造成堆积体沿基岩–堆积体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,基岩–堆积体结构面上的剪切破坏点逐渐向堆积体中前部的锁固段扩展,同时伴随着堆积体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,堆积体从剪出口滑出形成滑坡。滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后。在高陡边坡地形中,以输入地震波为基准,不论是坡面还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应＞水平峰值加速度的放大效应,坡面峰值加速度的放大效应＞坡体内峰值加速度的放大效应。在河谷地形中,以输入波为基准,不论是河床还是河岸两侧的斜坡,不同位置的峰值加速度沿高程均具有不同程度的放大;河谷对加速度放大效应的影响具有一定范围,且在该范围内水平加速度的放大效应＞竖向加速度的放大效应,与坡面处加速度的放大效应刚好相反;加速度的放大效应具有一定的方向性,且该方向性与河岸两侧斜坡的坡度有关;加速度放大效应在河谷底部的分布具有不均匀性,距离河岸越近,加速度放大效应越强烈。     

地震作用下边坡动力系数有限元分析

地震对边坡稳定性有重要影响,地震波在坡体内会产生动力放大效应,动力系数受边坡形态的影响.采用有限元方法作边坡动力分析时,根据边坡固有频率和坡体阻尼比确定出阻尼矩阵,选取合理的计算域宽度,边界采用人工一致边界,地震加速度输到基底.动力分析结果表明,坡度越大,边坡动力系数越大,动力系数沿坡高方向是变化的,坡脚处最小,坡顶处最大,以滑裂面以上楔体重心处的动力系数作为地震作用下边坡的动力系数值较合理,对于工程上较陡的边坡来说,动力系数在1.6-1.8之间.