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。     

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。     

含泥化夹层顺层岩质边坡动力响应大型振动台试验研究

 设计制作了两个含泥化夹层的顺层岩质边坡模型,并完成了大型振动台试验。试验结果表明：随着输入地震波时间轴压缩倍数增大,地震波卓越频率增加,边坡坡面水平方向加速度放大效应增强,同时,随着边坡相对高度的增加,压缩比对水平方向加速度放大效应的影响程度增大;当输入地震动幅值小于0.3 g时,坡面加速度放大系数随输入地震动幅值增加而增大,反之,放大系数减小;在水平方向,泥化夹层饱水后坡脚部位加速度放大系数小于饱水前,而坡面中上部加速度放大系数大于饱水前;在垂直方向,泥化夹层饱水后坡面加速度放大系数小于饱水前;泥化夹层饱水前,坡面加速度放大系数大于坡体内部,泥化夹层饱水后,下部坡体内部加速度放大系数大于坡面,中上部坡体内部加速度放大系数小于坡面。分析边坡破坏过程可以发现含泥化夹层顺层岩质边坡的破坏模式为拉裂–滑移–崩落式。     

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。     

边坡动力特性与动力响应的大型振动台 模型试验研究

设计并完成了1∶10比尺的边坡大型振动台模型试验.试验模型尺寸为2.15 m×3.5 m×1.5 m(高×长×厚),坡角约为38°,采用土体材料制备.通过输入不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励,探讨地震作用下模型边坡的动力特性与动力响应规律,以及地震动参数对动力特性和动力响应的影响.试验结果表明,随着振动次数的增加,模型边坡自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大.自振频率降低的幅度随振幅的增大而加大.边坡土体对输入地震波具有明显的放大作用,沿坡面向上,加速度峰值放大系数呈现递增趋势,在坡肩附近急剧增大.在不同地震波作用下,坡面加速度响应具有明显的差异.当输入地震动卓越频率与模型边坡自振频率接近时,坡面加速度峰值放大效应显著增强.随着输入地震动幅值的增加,坡面加速度峰值放大系数呈现明显的递减趋势.边坡土体对输入波的低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用.随着输入地震动幅值的加大,土体表现出更强的滤波作用.试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考.     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

库水与地震力共同作用下金沙江特大桥桥址边坡动力响应研究

针对复杂地质构造的岩质边坡稳定性问题,进行含有不连续节理岩质边坡的大型振动台模型试验,研究库水与地震力共同作用下岩质边坡的动力响应规律及其破坏机制。通过向模型箱中注水和抽水来实现库水位升降的模拟,运用消波装置削弱箱壁引起的库水波浪反射波。研究发现,随着地震波的输入,库水面以下的边坡裂缝扩展较快;在相同地震波输入条件下,由于库水压力的存在,高水位工况边坡的加速度放大效应比低水位工况小。模型在库水与地震力共同作用下的破裂观测结果表明:库水入渗加剧了边坡裂缝扩展,库水骤降使边坡表层的加速度放大效应更加明显,不利于边坡稳定。边坡的破坏模式为:地震诱发上层坡体出现沿节理的裂缝,地震力增加及库水入渗加剧裂缝扩展,出现沿节理的贯通性裂缝;在地震力、库水入渗及库水骤降共同作用下,坡体沿上层结构面发生倾覆滑动破坏。     

地震荷载下顺层岩体边坡响应特性和抗滑桩控制效果数值模拟研究

高烈度震区岩质边坡的失稳垮塌已成为制约我国基础设施建设快速发展的重大问题。以成兰铁路沿线大型顺层边坡控制工程为依托,针对地震荷载下顺层岩质边坡响应特性和抗滑桩控制效果,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值计算模型,分析了不同振幅、频率及地震波持续时间对不同厚度顺层边坡位移幅值的影响规律。并通过地震作用下有无抗滑桩的顺层岩质边坡的承载特性,分析了抗滑桩的阻滑效应。数值分析结果表明:顺层岩体边坡滑体累积位移随地震荷载振幅呈抛物线式递增,随振动时间线性递增,而随滑体厚度增加线性递减,且高频地震波对顺层边坡的影响越小。此外,双排抗滑桩在顺层岩体边坡加固中的抗震作用明显。     

地震动特性对边坡动力响应影响的研究

利用时程分析法对均质岩石高陡边坡进行数值模拟研究地震波的周期、持时和幅值三要素对边坡坡面水平和竖直方向峰值加速度放大系数与相对高程之间关系的影响。针对不排水条件下的线弹性边坡得到的结果表明:在相对高程一定的情况下,周期越大,坡面水平峰值加速度放大系数越大,而幅值越大,坡面水平峰值加速度放大系数反而越小;同时在相对高程一定的情况下,周期或者振幅越大,坡面竖直峰值加速度放大系数越大。持时对于边坡坡面水平和竖直峰值加速度放大系数与相对高程的关系无明显影响,只是影响不同高程位置两个方向上的变化速率,但对其整体的变化趋势和变化值影响不大。     

组合支护结构加固高边坡的地震动响应特性研究

 基于原型边坡设计大型振动台模型试验,通过监测不同幅值和类型地震波作用时的桩身土压力、坡体加速度、格构梁位移和锚索预应力,研究组合结构与加固边坡体的动力响应特性,评价加固效果。试验结果表明：锚索与抗滑桩在地震时协同工作,桩身土压力随输入波幅值增加而增大,锚索预应力变化规律与边坡体的稳定程度有关,表现为先减小后增大;地震造成抗滑桩主动土压力的合力作用点上移至l/2处,被动土压力区的2个转点也发生明显变化;输入地震波峰值不大于0.5 g时,格构梁位移响应值较小,坡体中部抗滑桩以下不存在加速度放大效应,边坡整体稳定性好。另外,运用加速度时程的Hilbert边际谱研究了坡体内部的震害损伤特性,损伤识别结果与试验监测数据吻合。该研究成果可为更加合理地考虑地震区锚索格构梁–抗滑桩联合防护边坡的设计提供指导。     

含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡动力响应差异性研究

设计并制作了两个同尺寸的含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡,并进行了大型振动台试验,对含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡的动力响应差异性进行了分析,研究结果表明:顺层边坡坡体内部加速度放大系数整体上小于反倾边坡;在坡体中上部(相对高度大于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数大于反倾边坡,在坡体下部(相对高度小于等于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数与反倾边坡近似相等;顺层边坡和反倾边坡坡面位移随输入地震动强度增大而大幅度增加,顺层边坡坡面位移大于反倾边坡,且随着输入地震波幅值的增加,顺层边坡和反倾边坡坡顶位移之间的差值增大;反倾边坡较顺层边坡具有更高的地震稳定性;顺层边坡破坏形式主要表现为坡体后缘的垂直张拉裂隙、岩层沿泥化夹层的顺层滑动以及坡顶岩块崩落,而反倾边坡的破坏形式主要表现为坡面水平向和垂直向裂隙交错、泥化夹层挤出以及坡顶被震碎。     

Experimental study on seismic response and progressive failure characteristics of bedding rock slopes

Bedding rock slopes are common geological features in nature that are prone to failure under strong earthquakes. Their failures induce catastrophic landslides and form barrier lakes, posing severe threats to people’s lives and property. Based on the similarity criteria, a bedding rock slope model with a length of3 m, a width of 0.8 m, and a height of 1.6 m was constructed to facilitate large-scale shaking table tests.The results showed that with the increase of vibration time, the natural freque...     

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。     

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。     

顺层岩体边坡地震动力破坏离心机试验研究

 使用相似材料分别制作只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理顺层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机制以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：顺层边坡的动力响应对地震波的频率和边坡内部结构面的发育特征敏感,边坡结构面发育越复杂,边坡对地震波的频率响应越复杂,地形放大效应也越明显;顺层边坡的动力稳定性和破坏机制受结构面发育特征控制,含有次级节理的边坡动力稳定性更低,破坏范围也更浅,在破坏过程中还会出现次级节理的张拉破坏导致的岩体内部解体破碎,可能诱发岩石碎屑流。     

地震作用下含倾斜软弱夹层边坡内群桩的弯曲变形研究

 针对含软弱夹层边坡场地中的群桩基础,设计并完成50 g超重力离心振动台模型试验,探讨群桩结构的弯矩分布特性和弯曲变形模式,以及场地内部变形和上部结构惯性力对群桩基础的影响。试验结果表明：地震作用下,上部结构的惯性力控制了群桩的弯曲变形,影响范围从桩顶向下为桩长的26%～28%;群桩的弯曲变形形态从整体协调变形角度可分为一致型和非一致型、有拐点型和无拐点型、平行型和非平行型;场地中倾斜软弱夹层对场地内加速度放大系数的影响与输入加速度峰值有关,随着输入加速度峰值的增大,该软弱夹层内部的放大系数呈非线性增长;此外,该上部结构与场地表面的动力响应存在明显差异,且其会随地震强度增加呈非线性扩大趋势,当输入加速度峰值≥0.25 g时会出现成倍突增现象。     

含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法研究

基于希尔伯特–黄变换和边际谱理论,进行了含软弱夹层顺层岩质边坡的大型振动台试验,并利用试验结果对含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法进行了研究,结果表明:边际谱峰值和特征频率的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程;地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡的损伤首先出现在坡肩位置,随着地震动强度的增大,震害损伤逐渐向低高程发展,最终边坡在坡体中上部相对高度0.56处沿软弱夹层顺层剪出,试验中坡面的位移监测结果表明坡体中上部位移出现陡增时刻晚于坡肩,边际谱分析结果与位移监测结果吻合较好;坡面附近的震害程度强于坡体内部;边坡中下部特征频率发生突变,表明坡体中下部为边坡动力响应的不连续带;含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏形式主要表现为边坡后缘垂直的拉裂破坏和沿边坡中上部相对高度0.56处软弱夹层的剪切滑出破坏,边坡的破坏模式为拉裂-滑移-崩落式。本文提出的能量判识方法对识别边坡的破坏模式具有一定的指导意义。