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。     

地震作用下青川窝前顺层岩质边坡的变形破坏机理分析

文章在研究青川窝前滑坡的工程地质条件和地震前、后变形破坏迹象地质调查资料的基础上,采用相对位移法对地震过程中窝前滑坡稳定性进行了离数值模拟、分析了地震作用下窝前顺层岩质边坡的变形破坏机理。数值模拟结果与已有研究成果及震后灾害调查结果具有良好的一致性,验证了相对位移法分析地震作用下顺层岩质边坡变形破坏机理的可行性,对顺层岩质边坡动力作用下稳定性分析及抗震设计具有一定指导意义。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应的试验研究

基于相似理论建立顺层岩质边坡力学模型,并介绍爆炸模型试验的设计思路及试验方法。以导爆索为爆源,通过水下爆炸模型试验,研究近场地震作用下原型边坡的变形破坏模式以及支护结构对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层岩质边坡的在近场地震作用下的破坏主要表现方式为节理岩体间的层间滑动,破坏模式为应力波导致的滑移–拉裂破坏;重力式挡墙的压应力峰值分布随着墙高的变化呈现先增大后减小的钟形分布;结合汶川地震现场考察及试验结果发现,支护结构对边坡稳定性起着重要作用。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

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。     

基于振型叠加法的顺层边坡非平稳随机地震响应及动力可靠度分析

为研究非平稳随机地震激励下顺层岩质边坡的动力可靠性问题,采用振型叠加法和虚拟激励法,建立含多层软弱结构面的顺层岩质边坡非平稳随机地震响应的快速算法,根据响应结果,采用首次穿越破坏准则,进一步推导出非平稳地震下顺层岩质边坡动力可靠度计算的解析表达式.在此基础上,通过MATLAB软件平台编写相应的程序以实现计算数据和结果图...     

顺层路堑岩质边坡预支护开挖分析

为研究顺层路堑岩质边坡预支护的可行性与必要性,选取典型顺层路堑岩质边坡坡段作为研究对象,设计了锚杆预支护与抗滑桩预支护两种方案,采用极限平衡分析方法,建立了顺层路堑岩质边坡计算模型,对比分析了采用与不采用预支护措施时边坡在开挖过程中的稳定性。结果表明：边坡不采取预支护措施,在开挖过程中边坡安全系数为0.89,为不稳定边坡;边坡在第二层开挖前采取锚杆预支护或抗滑桩预支护,都可以有效地控制边坡开挖过程中的稳定性,预支护方案可行,可保障边坡开挖过程的稳定。     

顺层岩质边坡大锚杆加固施工

对渝怀铁路DK375工点顺层岩质边坡的稳定性进行了分析,并对加固方法进行了比较,确定采用压力注浆改善结构面力学性能再辅以大锚杆加固的方法施工,解决了顺层岩质边坡加固施工的难题,达到了顺层岩质边坡施工方便、快速、及时,又有效地控制边坡变形的良好效果。     

层面参数对顺层岩质边坡地震动力破坏过程影响研究

建立3组含有非完全贯通层面和正交次级节理的顺层岩质边坡数值模型,运用FLAC/PFC2D耦合计算方法进行了地震动力破坏过程模拟试验。试验结果证明：非贯通层面部分在水平地震动力作用下,同时存在张拉和剪切两种破坏模式。非贯通层面部分的强度和层面贯通率对顺层边坡地震动力稳定性的影响十分明显,控制着边坡产生破坏的临界地震动力输入幅值以及产生破坏后边坡的破坏范围大小。贯通层面部分的抗剪强度（即贯通层面的摩擦角）对边坡地震动力稳定性和破坏范围的影响很小,只有在顺层边坡内部所有岩层层面均完全贯通的前提下才能转变为边坡稳定性主控因素。     

基于CDEM的顺层边坡地震稳定性分析方法研究

地震力作为一种动态载荷,其作用是导致顺层结构面黏聚力及抗拉强度的丧失。由此,提出了一种动力分析法（数值分析法）与极限平衡法（公式法）相结合的顺层岩质边坡地震稳定性评价方法。该方法利用基于连续介质力学的离散元方法（ CDEM ）获取震后结构面处的残余强度,将残余强度代人极限平衡公式求解重力作用下的安全系数,并将此安全系数作为评价顺层岩质边坡地震稳定性的指标。分析结果表明,传统拟静力法用于顺层岩质边坡地震稳定性的评价是不适宜的,通过本文方法获得的顺层边坡动力安全系数具有明显的 3 阶段特征（水平段–速降段–水平段）,而拟静力法获得的安全系数随着设防烈度的增大却呈现出逐渐减小的特征。此外,所述方法还可体现地震波频率对顺层岩质边坡稳定性的影响。     

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。     

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。     

含竖向裂缝的近水平层状岩体边坡的动力学分析

红层中的近水平岩层在天然状态下稳定性高,但爆破开挖会造成竖向裂缝的扩展,连续降雨也会诱发岩体沿软弱夹层的滑动破坏,因此对竖向裂缝在爆破荷载下的起裂、扩展效应分析是有意义的。以岩体中竖向裂缝尖端在水平拉应力下的应力分布为出发点,通过强度因子K1推导张开型裂缝周围在水平荷载下的应力场,说明裂缝尖端的应力集中是裂缝的起裂、扩展的关键,采用格里菲斯(Griffith)能量准则对其进行实现,并推导岩体断裂后沿岩层面剧动距离的计算方法,采用拟静力法计算爆破对边坡的荷载影响,从而反算出防止边坡裂缝扩展所需要的炸药量和位置。最后用实例说明方法的应用性和可行性。     

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明：坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性，且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显，而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势；坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势，且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征；坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘（次级节理和层面）起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚，且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重，并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。     

基于微震监测的顺层岩质边坡开挖稳定性分析

 为评估白鹤滩水电站左岸顺层边坡开挖过程中的稳定性,构建高精度微震监测系统,通过实时监测和分析微震活动特征,圈定左岸边坡主要的损伤区域;借助RFPA有限元数值模拟方法,揭示左岸边坡岩石微破裂萌生、聚集、扩展直至贯通的演化机制,再现典型剖面边坡破坏全过程。研究结果表明：微震活动与开挖扰动密切相关,边坡开挖诱发的微震事件主要分布在大坝拱肩槽附近,沿层内错动带LS331,LS337及断层F17上盘(610～700 m高程)条带状聚集,形成边坡主要的损伤区;边坡开挖卸荷作用下,LS331,LS337及F17等软弱结构面剪应力集中突显,大量破裂单元也沿LS331,LS337及F17持续聚集,导致边坡沿软弱结构面的失稳破坏,计算结果与微震活动空间宏观演化趋势基本一致。研究结果可为边坡后期开挖和支护提供参考,也可供同类顺层岩质边坡稳定研究借鉴。     

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。