地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应探究

基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值软件，建立含软弱夹层的顺倾岩质边坡模型，合理考虑地震波输入方式、模型边界条件、网格尺寸和力学阻尼，探究地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应和软弱夹层区域加速度放大系数的变化规律，探究和分析软弱夹层的负效应。研究结果表明:在软弱夹层区域，加速度放大系数增加的速度更快；软弱夹层厚度越厚，软弱夹层位置越低，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差不大时，软弱夹层位置变化不大，此时软弱夹层倾角变化对加速度放大效应的影响较软弱夹层位置变化更为显著，即软弱夹层倾角越大，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差较大时，软弱夹层位置变化也较大，此时软弱夹层位置变化的影响更为显著，即软弱夹层位置越低，放大效应越明显。     

考虑结构面分布特征的岩质边坡地震响应分析

为探索岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应问题,运用3DEC离散元软件,定量分析了地震荷载作用下岩质边坡结构面发育位置、结构面数量、以及结构面间距对边坡加速度放大系数的影响规律。结果表明：在单条结构面的情况下,其发育位置对岩质边坡加速度响应的影响比较明显,结构面距坡面越近,加速度峰值放大系数越大;随着结构面数量的增多,加速度峰值放大系数呈现出明显的递减趋势;在结构面数量一定的情况下,结构面间距的变化对加速度峰值放大系数的影响不大。研究结果有助于进一步揭示岩质边坡在地震作用下的动力响应规律。     

不同地质条件下边坡动力特征的DDA方法分析

为了对边坡动力响应特征进行分析,基于非连续变形分析(DDA)方法,改进了部分程序,并利用改进的DDA建立了边坡分析模型。该模型绘制了坡体中加速度放大系数等值线图,首先验证了模型黏滞边界的远近对边坡动力响应特征影响极小;其次,分析了不同坡角、坡高、岩性及输入一定地震波周期条件下的边坡加速度放大系数等值线随高程及水平深度的变化特征。分析表明:坡角、坡高小于一定值时,加速度放大系数随高程及水平深度增加呈递增趋势,同一边坡岩性较硬或输入波周期较长时,加速度放大系数较大;而当边坡中存在节理及软弱夹层等不利地质体时,地震波传播会受到反射和透射作用的影响,从而影响边坡的动力特征。经DDA模拟计算揭示:当岩体弹性模量较大时,节理对地震波传播的透射作用较强,且当节理间距与输入波长的比值小于临界值时,其比值越大,节理对波的透射作用越强;岩体分界面下部岩性较上部岩性硬时,随着2种岩体弹性模量差值增大,透射波峰值加速度衰减越明显,而反之分界面以下岩体较上部软时,随2种岩体弹性模量差值增大,透射波峰值加速度放大越明显;当软弱夹层厚度以及其与周围岩体波阻抗的比值较大时,地震波经过软弱夹层时的透射作用较小。     

地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响

为研究边坡地形地貌条件对土质边坡动力响应规律的影响以及边坡地震反应机理,利用地震模拟振动台,建立不同坡面形态条件下的土质边坡模型进行振动台模型试验。试验结果表明:土质边坡地震动力响应具有高程放大效应,边坡加速度峰值(PGA)放大系数会随高程增加而增大,水平方向坡内土体较坡面土体对地震动荷载放大更为显著;土质边坡地形地貌条件对地震动荷载放大作用有较大影响,边坡坡度越大,边坡形态越复杂,其对地震动荷载放大效应越显著,边坡土体的变形破坏也越显著。     

阿尔塔什面板坝抗震措施离心机振动台试验研究

采用离心机振动台模型试验技术,研究了不同抗震措施和不同地震加速度时新疆阿尔塔什面板坝的地震反应、地震变形和极限抗震能力。覆盖层加速度放大系数为1.0左右,坝体中加速度放大系数明显增大且越往坝顶就越大。随着基岩输入地震加速度的增加,坝体地震加速度放大系数呈减小趋势,坝顶沉降和坝顶沉陷率增大。抗震措施可以有效减小坝顶地震沉降和提高坝坡稳定性。地震引起坝坡变形主要是堆石料滚落、浅层滑坡和局部塌陷,且地震加速度越大,坝坡变形越剧烈,滑塌位置越低。在峰值加速度320.6 gal地震条件下,坝顶加速度放大系数约为2.6～2.8,坝顶沉降约为290～330 mm,沉陷率为0.18%～0.20%。大坝的极限抗震能力在无抗震措施时为0.45 g,3层钢筋网加固时为0.55 g,2层钢筋网加固时为0.50 g。试验结果验证了阿尔塔什面板坝抗震工程措施的有效性。     

降雨和地震对高填方边坡稳定性的影响研究

以九寨黄龙机场为例,采用数值模拟手段,对高填方边坡,尤其是对含软弱土夹层的高填方边坡在天然状态、降雨状态、地震状态下的稳定性进行分析,从加速度响应、速度响应、位移响应等3个方面,评估高填方边坡的安全稳定性。结果表明,黄龙机场在天然状态下不稳定面的安全储备较低;在降雨条件下,雨水对坡体地下水的影响程度较小,但由于入渗沿着粉土上部与填筑体下部位置向坡体内部延伸,软化坡脚,降雨量为150 mm时,整体边坡处于欠稳定状态;在降雨及地震条件下,坡体处于不稳定状态。     

库区泥岩层力学参数敏感性分析及边坡稳定性评价

库区岸坡通常因含有泥岩等软弱夹层而处于欠稳定状态。为了分析含泥岩层库区岸坡稳定性,对不同角度的斜坡灵敏度进行了分析,并对岸坡建立了数值模型,对其稳定性进行评价。结果表明:斜坡的稳定性对泥岩的内聚力比对材料密度和内部摩擦角更敏感;与静态条件相比,在地震条件下,坡度变得更加不稳定,随着粘聚力的减小和坡角的增加,边坡变得更加不稳定。     

高陡边坡地震动放大效应分析

为了研究高陡岩质边坡对地震动加速度峰值的放大作用,分别针对简谐波和El Centro波竖向入射高陡边坡的情形,基于动力学模拟研究了坡肩和坡表面放大系数与坡高和坡比的参数关系。根据计算结果绘制边坡剖面的水平向和竖向放大系数等值线图,分析了坡体内放大系数分布特征。结果表明放大系数并不随着坡高的递增而持续增大,放大系数的最大值出现在坡肩,在不超过2.0的范围内波动变化。坡顶面上的放大系数随着坡肩距的增大而逐渐衰减。坡体内水平向与竖向放大系数的空间分布特征显著不同,在邻近坡肩和斜坡面的区域内竖向放大系数可高达1.5,高陡边坡的抗震设计中不可忽略竖向放大系数的影响。     

水平地震作用下阶梯式复杂土层边坡动力响应及稳定性分析

针对一阶梯式复杂土层边坡,采用人工修正的加速度时程作为地震输入条件,引入三量放大系数对土坡坡面质点进行地震时程响应分析,并采用Newmark滑块分析法和有限元动力时程分析法计算其稳定性.计算结果表明,在水平地震波作用下,阶梯式土坡坡面质点的水平位移和水平速度随距坡脚的沿坡面距离的增大而增大,且最大值都出现在坡顶,地震加速度放大系数呈不规则分布,受地震累积效应影响,土坡坡面质点三量响应滞后于地震波谱变化;拟静力法计算的安全系数偏保守,有限元动力时程分析法和Newmark法计算后通过处理的各项安全系数结果相近.     

软弱土层自由场动力离心模型试验

软弱土层中自由场地震响应离心模型试验中,采用层状剪切箱,研究了软弱土层中不同强度地震荷载作用下场地的响应。研究结果表明：地基土的地震响应与地震强度条件密切相关,地表地震加速度放大系数随着基岩入射地震强度的增大而减小,并且对土体的侧向位移和地表沉降等存在显著影响。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

交通荷载作用下堆积层边坡稳定性试验研究

为探究交通荷载下堆积层边坡的破坏模式及抗滑桩的加固效果,通过室内相似试验,开展有抗滑桩和无抗滑桩两组堆积层边坡模型试验,研究了坡体表面不同位置处的加速度响应和坡体内部的动土压力响应以及抗滑桩桩身的弯矩响应规律,并结合DIC技术,研究了交通荷载施加过程中坡面的应变场和运动场情况。试验结果表明：交通荷载作用下,无抗滑桩支护的堆积层边坡堆积体动力响应存在趋高趋表效应,坡顶位置响应最为强烈,因此靠近坡顶位置应作为重点防护位置;堆积层边坡上部最先出现应变集中区域,裂缝形态呈“局部单一”特征,破坏时边坡表面出现张裂和崩塌,裂缝表现出“交错溃散”的特征;抗滑桩支护后堆积层边坡稳定性明显提升,边坡整体性增加,边坡的动态响应更易传递;动力荷载的幅值会影响土压力与加速度的相应幅值,呈正相关,与动力荷载加载点的距离呈负相关。     

岩质库岸边坡的动力响应试验研究

为了研究地震作用下库岸边坡动力响应变化,使用有限元软件建立三维数值模型,并得到不同水-岩周期与周期性循环加载、水-岩周期共同作用条件下边坡加速度放大系数变化趋势。试验结果表明：在未考虑水-岩作用时,边坡各观测点放大系数随着高程的增大而逐渐变大,增长趋势表现为折线状增长,在坡顶处达到峰值,这与实际规律相符;在考虑水-岩作用时,消落带观测点放大系数增长较大,而其他观测点放大系数则持续减小;水位为150m与180m时,边坡消落带与其他位置测点放大系数变化规律相似,边坡动力响应在地震条件下变化相似。与水位为150m时相比,水位为180m时观测点的放大系数更大。     

含软弱夹层的岩质边坡稳定性分析

在地质活动过程中,软弱夹层和断层等结构面改变了边坡的力学性状,使得岩质边坡稳定性面临严峻的挑战。以白石水库为例,将刚体极限平衡法和有限元软件ANSYS相结合,对水库含软弱夹层的岩质边坡抗滑稳定性能进行分析,探究倾角和主抗滑面起点位置对边坡稳定性的影响规律,寻求安全系数最小值时的主抗滑面,得到边坡临界滑裂面的准确位置,研究表明:在点(62.3142,71.2063)位置条件下,倾角为155.3125°时安全系数达到最小值K=1.96231,为含软弱夹层的岩质边坡的稳定性分析提供理论依据,有着重要的现实意义。     

考虑卸荷带和岩体软化特性的某桥址边坡稳定性研究

为了综合分析卸荷带以及凝灰岩泥化夹层对某桥址边坡稳定性的影响,通过不同岩体强度加权计算得到凝灰岩及其泥化带综合强度,结合现场勘察结果,对凝灰岩及其泥化夹层的分布取上限值、平均值和下限值并确定了卸荷带岩体强度参数.在对岩质边坡破坏模式分析的基础上计算了自然工况、地震工况、桥基荷载作用工况、桥基荷载和地震荷载共同作用工况四...     

土钉支护边坡影响因素试验分析

为了分析土钉支护参数对边坡稳定性的影响,基于室内土工试验,建立了边坡坡角为60°的模型,试验研究了荷载作用下,土钉长度、土钉倾角、土钉数量、土钉位置等4种参数对边坡坡顶沉降、边坡滑坡模式的影响。结果表明:土钉在坡中位置时,随着土钉长度的增加,边坡的稳定性增加,但是当土钉在坡顶和坡脚位置时,土钉长度对边坡稳定性影响较小;随着土钉倾角的增大,边坡稳定性呈先增后降的趋势,土钉倾角为50°时边坡稳定性最好;土钉数量减少,边坡稳定性明显降低;土钉在边坡的位置对支护效果影响较大,当土钉处于坡中位置时,边坡极限承载力最大,沉降与荷载曲线呈线性关系,表现出“渐进性”破坏。通过计算分析发现,土钉处于坡中位置时边坡的安全系数最大,比较试验与数值模拟结果也证明了土钉在坡中位置对边坡的稳定性影响最大。     

高填方路堤边坡在地震作用下的动力响应分析

通过建立二维有限差分模型,对地震荷载下高填方路堤边坡的动力响应进行数值模拟,探讨了边坡在地震作用下的变形、位移规律及沿坡面的加速度放大规律。结果表明:在土体性质差异较大的薄弱层,会产生较大的剪切位移;路堤边坡处加速度峰值自下而上先减小后增大,在路堤顶部加速度峰值达到最大;砂卵石在地基中的位置不同,使得路堤顶部位移的周期与振幅不同,其中砂卵石在中部时对抗震来说最不利。     

地震作用下边坡平台对边坡的动力响应及失稳破坏影响分析

利用有限元分析软件建立数值计算模型,采用基线校正的10 s水平加速度时程作为地震输入条件,对在不同平台个数、平台宽度以及平台分布等多种工况下边坡模型的动力响应及稳定性进行数值模拟分析。结合各工况地震过程中坡面质点PGD放大系数、动剪应力峰值与震后最大剪应变、塑性区范围以及稳定性评价指标,对地震作用下边坡动力响应特性和失稳破坏进行了定性的评价研究。计算结果表明:以本文40 m高的边坡为例,设单个平台时,于15 m和20 m高程处设置平台对边坡动力稳定性更有利;设2个平台时,10～20 m的平台组合相对于其它组合对边坡动力稳定性更有利;对于多级边坡,随着平台宽度的增加,边坡整体破坏趋势逐渐分解为各级边坡局部破坏趋势,可以较大幅度地减小最下方坡脚的应力集中,进而提高边坡的动力稳定性;此外,平台内侧属于上级边坡的坡脚处,易产生剪应力集中区,属于薄弱部位,应加强各级坡脚的支护。     

地震和降雨作用下的填土边坡室内模型试验研究

为了研究地震和降雨共同作用对边坡稳定性影响,进行了先地震后降雨的物理模型试验,并借助模型试验的结果分析了地震和降雨作用下边坡的动态响应和变形破坏机制。试验结果表明,通过PGA放大系数可知,不同类型的地震波作用下,监测点的加速度响应呈现放大现象,且都是坡顶最强,坡中次之,坡脚最弱。而X-土压力则表现为坡底的响应最弱,随着高度的增大逐渐增大,在坡中某位置达到最大值后开始减小。其沿水平向的响应趋势为:由坡内向坡外水平移动响应呈现逐渐减小的趋势。在震后降雨工况下,对边坡的降雨入渗速率和破坏模式进行了分析。通过监测数据可知,坡顶和坡面的入渗速率总体上呈现减小的趋势,32 min之前坡顶下方的平均入渗速率要大于坡面,32 min之后则是坡面下方的平均入渗速率大于坡顶。此次模型试验的破坏模式为浅层流滑型破坏,破坏过程由片蚀向沟蚀发展,最终形成了贯穿坡面的冲蚀沟。     

西藏某水电站高边坡地震永久位移分析

西藏某水电站位于喜马拉雅地震带和藏中地震带交汇处,岸坡陡峭,坝址区某高边坡对枢纽工程的安全影响最大。为尽快消除该边坡的安全隐患,本文基于Slide软件选用了3条不同类型的地震波,采用Newmark滑块分析方法计算了该边坡在不同地震峰值加速度作用下的动力反应和永久位移,并采用拟静力法对该边坡在设计地震动作用下的稳定性进行了验算。计算结果表明,在设计地震动作用下该边坡是稳定的,随着地震波幅值的增加该边坡产生的总滑移量也在不断的增加;对于不同类型的地震波,虽然输入的地震峰值加速度相同,但地震动参数的差异会影响边坡产生的永久位移。研究结果可为工程单位进行类似边坡工程稳定性分析提供参考依据。