水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析

为研究水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性，本文以某高填方边坡工程为背景，利用GeoStudio2012有限元分析软件建立模型进行分析，并对比分析多级高填方边坡与单级填方边坡动力响应结果。计算结果表明，边坡坡面和挖填交界面上动力响应规律表现为:位移幅值基本随着高程的增加而增加；速度幅值随着高程的增加先增大后减小再增大；加速度幅值随着高程的增加有减小趋势；多级高填方边坡动力响应规律与单级填方边坡动力响应规律不同，单级填方边坡位移幅值、速度幅值、加速度幅值均随着高程的增加递增；地震波在坡体内传播时，随着高程的增加具有滞后性。边坡稳定性随着地震加速度峰值的增大有所下降，相比静力作用，水平地震作用下边坡稳定性下降明显。本文相关研究可为西北地区黄土高填方边坡工程抗震提供一定理论依据。     

位移谐波激励下拱顶锚固储罐的动力响应分析

地震中拱顶锚固储罐的破坏将造成严重的后果,研究其地震作用下的动力响应特性具有一定工程意义。以位移简谐波为水平激励,运用AD INA有限元软件对一座3 000m3的拱顶锚固储罐模型进行动力数值模拟,系统分析了储罐内液面晃动波高、动水压力极值、罐壁应力、拱顶应力、拱顶位移等动力响应结果,将以位移谐波激励和以加速度谐波激励的储罐动力响应结果进行比较。分析表明,位移谐波激励下拱顶锚固储罐的液面晃动波高受场地影响较大;储罐应力分布具有一定规律性;采用位移谐波激励时其应力、位移和动水压力等较采用加速度谐波激励时大,液体晃动波高较小。     

ANSYS在岩质边坡动力响应分析中的应用

在动力有限元理论的基础上运用ANSYS软件对不同高度和坡度的岩质边坡进行了模态分析和地震加速度时程分析,发现了一些新的动力响应规律和现象。模态分析显示:随坡高的增加边坡的自振频率呈降低的趋势;而坡度变化对其影响则具有相反的规律。通过地震加速度时程分析发现:边坡的位移、速度、加速度反应三量具有相似的响应规律;随坡高的增加坡顶位移时程曲线振幅增大,但达到一定高度时(约200m)则变化较小,同时坡顶处的地震动响应相对于坡脚处出现了明显的滞后现象;坡度增加时坡顶位移呈线性增加的趋势;地震波的衰减效应与边坡对其的放大效应是同时存在的。研究结果对边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

考虑进洞高程效应的黄土隧道洞口段地震动力响应特征研究

通过大型振动台模型试验并采用Midas-GTS有限元软件进行模拟计算,研究黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征、破坏过程和地震波在模型中的传递规律,分析影响黄土隧道洞口段地震动力响应的主要因素。结果表明:边坡沿弧形开裂面的垮塌受坡脚剪切和坡顶拉裂的共同作用;边坡会对其卓越频率内的地震波产生明显放大效应,且在1/2坡高以上放大效应出现饱和现象;隧道临空面是影响隧道洞口段地震动力响应的主要因素。考虑进洞高程效应时隧道洞口段抗震设防长度可取距洞口5倍洞径范围。振动台模型试验与数值计算在位移、加速度、应力三个响应特征上吻合较好,证明二者结果合理可靠。研究成果可为隧道工程设计和地下结构抗震理论研究提供有益参考。     

地震作用下均质土坡动力特性的振动台试验研究

设计并完成比例尺1∶100的边坡振动台模型试验,讨论模型的相似关系、传感器的布置及模型的建造,并编制相应的动荷载加载方案。通过输入不同类型、不同幅值、频率的动荷载,分析模型边坡在地震作用下的动力响应规律以及地震动参数对边坡动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,在坡体的表面和坡内的竖直方向上,加速度放大系数均随着高程增加而明显增大。当输入不同压缩比的地震波时,压缩比越大坡体的动力响应越明显,即随着输入动荷载的频率增加,越接近土体的自振频率加速度放大效应越明显;在坡体的同一高程处,坡面的加速度放大系数略大于坡体内的加速度放大系数,表现出一定的趋表效应,同时随着输入地震波振幅的增加,加速度放大系数整体出现递减的趋势。实验结果分析有助于揭示土质边坡在地震作用下的失稳破坏机制,为今后边坡工程的抗震设计提供积极的参考。     

季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析

为了更科学地评价地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的抗震性能，基于热-动力理论控制方程，应用大型非线性有限元软件ABAQUS，建立带有黏弹性人工边界的地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡的数值模型，对比分析夏季和冬季这两个典型季节时的加速度响应、位移响应以及土钉轴力响应。结果表明：无论是夏季还是冬季，加速度峰值随着季节冻土边坡高程以及激振加速度峰值增加而增加，在夏季时刻的季节冻土边坡坡顶位置处达到最大。此外，在不同地震波峰值加速度作用下，相同位置处的位移响应峰值却有明显的不同，同一地震烈度地震波激震时，夏季的季节冻土边坡坡顶位移最大，表明地震荷载对夏季的季节冻土边坡坡顶破坏效应最为明显，土钉轴力具有高程放大效应和坡面放大效应，季节冻土边坡坡底至坡顶的土钉端部轴力峰值逐渐增大。文中数值模拟模型及结论可为制定地震荷载作用下土钉支护季节冻土边坡抗震设计提供一定的参考。     

地震作用下边坡动力响应及影响因素研究

利用ANSYS有限元软件建立了边坡数值模型,并结合汶川地震实例分析了边坡的共振特性、动力响应变化以及地震动三要素对边坡动力响应的影响,对汉源县高烈度异常现象从共振的原因做出了解释。通过分析发现:边坡的共振主要由前5阶固有频率被激发引起,坡体阻尼和地震波频率对共振作用有显著影响。边坡体对输入地震波低频部分存在放大作用,对高频能量具有滤波作用。坡体加速度和位移响应随高程增加而增大,沿水平方向从左至右,位移减小,加速度先增后减。坡体峰值加速度放大系数随频率的增加而减小,随持时变化不明显;坡体位移随振幅和持时增加而增大,随频率增大而减小;弹性范围内,加速度和位移动力响应绝对量随振幅增大呈明显的线性增长关系,而位移、加速度放大系数保持不变;坡面陡坎处动力响应突变效应明显。     

考虑永久位移的锚索框架减震锚头弹簧组件合理刚度研究

强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害,在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施,而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型,研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律,调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小,分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征;以控制边坡位移及锚索减载效果为目标,提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明:随弹簧刚度降低,缓冲减震作用逐渐显著;坡顶水平加速度受刚度变化影响较小,但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加;以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件,结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线,以共同确定弹簧刚度下限;同理,依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限,以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002k_max作为直曲分界判断依据,得0.4g~0.6g强震下弹簧刚度区间为 (2.5,3.8) kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。     

强震作用下核电厂顺层软岩高边坡组合支挡结构抗震性能研究

在综述国内核电厂高边坡案例研究进展的基础上,以某核电厂含泥化夹层顺层软岩高边坡为例,探讨应用多种方法综合分析其在地震作用下的动态放大效应、抗震性能和加固效果的分析思路。首先,基于典型二维计算剖面,采用拟静力法对边坡进行初步加固设计;然后,基于振动台试验和数值计算,研究边坡动态放大效应、支挡结构的动力响应和抗震性能,探讨边坡抗震参数优化取值。研究结果表明:(1)原位边坡坡面的加速度放大系数随高度增加而增大,且泥化夹层饱水后的放大系数要大于饱水前,水平向最大值为1.90;(2)加固后边坡动态放大系数显著降低,水平最大放大系数为1.31,垂直向基本为1.0,锚索抗滑桩以下边坡基本不存在放大效应,说明软岩高边坡采用锚索抗滑桩和锚索框架抗震性能较好;(3)PGA=0.21g时,边坡整体抗震性能较好,仅最顶部锚杆和中部锚索受力超过设计锚固力,分别超过设计值的20%和5%,适当加强即可;(4)数值计算得到的加速度放大系数分布规律与振动台试验结果较为一致,且两者得到的坡顶加速度放大系数也十分接近。研究成果可为核电厂软岩高陡边坡抗震安全评价和工程设计提供技术支持。     

地震动对锚索桩的响应特性研究

汶川地震震害调查表明使用预应力锚索的桩板墙变形协调性好,抗震性能高,但目前在预应力锚索桩板墙的抗震设计理论研究方面仍比较落后。鉴于此,利用FLAC3D对预应力锚索桩板墙的地震响应特征进行研究,包括桩身土压力分布、桩身变位及锚索内锚段应力的动力响应特性等,并通过改变地震动参数进行多种工况的分析,系统研究地震动参数对桩-土-锚动力耦合相互作用规律的影响。研究成果可加强对预应力锚索桩板墙抗震表现的认识,也为深化抗震机理研究提供可靠的依据。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移预测模型研究

在区域边坡地震危险性评价中主要采用永久位移预测模型进行地震边坡永久位移计算。永久位移预测模型以Newmark滑块理论为基础,通过大量实测地震时程记录统计拟合得出。针对Newmark理论中滑动面抗剪强度参数保持不变和已有位移预测模型的计算位移小于实测位移的问题,利用动态临界加速度理论,分别构建含有峰值加速度和阿里亚斯强度的两种位移预测模型。对该模型计算出的永久位移合理性进行讨论,发现永久位移计算结果符合滑坡实测位移的数量级。采用本文模型计算的永久位移更加接近地震滑坡位移实际大小,可以解决一直存在的预测位移小于实测位移的问题。在更进一步讨论发展的基础上,本文模型可满足更多的理论应用和工程实际,为区域边坡地震危险性评价提供思路。     

海原大地震诱发石碑塬黄土滑坡机制探讨

1920年海原8.5级大地震诱发的石碑黄土塬滑坡,因其规模大、坡度小、滑距远的特点成为业界关注焦点,目前对该滑坡的物理力学过程仍无统一认识。基于此,文章通过理论分析和数值计算方法研究该滑坡初始状态、地震动力响应和流滑发展过程。为分析震前斜坡初始状态,建立考虑斜坡表面拉裂缝中侧向水压力作用的力学计算模型。结果表明,拉裂缝中侧向水压力削弱了斜坡整体稳定状态;为研究地震时斜坡动力响应过程,建立数值计算模型,获得地震时斜坡饱和土层的孔隙水压力比和斜坡位移的变化特性;为解释远程滑坡,将液化后土层等效为流体,借鉴泥流滑距估算理论,求算石碑塬滑坡的滑距,计算结果与前人现场考察结果吻合。     

地震作用下高路堑黄土边坡细观力学研究

为研究地震时高路堑黄土边坡破坏的细观力学过程,以黄土地区某高速公路边坡为例,在野外工程地质勘察和室内试验基础上,用强度折减法对开挖后的高路堑黄土边坡的初始状态进行分析,进而对该高路堑边坡采用PFC2D建立数值计算模型,模拟边坡地震响应全过程;通过分析地震响应过程中颗粒的位移、配位数、孔隙率、应力和应变率等关键要素,从细...     

基于FLAC3D路桥不稳定边坡治理工程的动力响应研究

抗滑桩广泛应用于边坡支护工程,但路桥不稳定边坡抗滑桩对其进行加固时,其在地震作用下的动力响应问题仍未定论。以道真至瓮安高速公路河槽大桥不稳定边坡治理工程为依托,以SIMQKE_GR软件拟合地震设计反应谱,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,对比地震作用下抗滑桩等支挡结构设立与否对路桥不稳定边坡的动力响应变化规律的影响。结果表明:（1）加速度放大系数无论是沿坡内还是抗滑桩,其值沿竖向均存在一定的震荡变化,但在抗滑桩支护情况下,其震荡幅度明显变小,加速度放大系数变化更平稳。（2）速度放大系数随着高度的增加逐渐减小,未加抗滑桩时速度放大系数在顶层附近出现大幅度波动,添加了抗滑桩的情况下其震荡幅度明显趋缓,变化更稳定。（3）坡体在施加抗滑桩后,治理效果明显,残余位移最大值由无抗滑桩的16.9 cm变为有抗滑桩的1 cm,但最大值均位于边坡表层碎石土和粉质黏土附近。     

双向地震作用下崩塌堆积体边坡动力模糊可靠性分析

考虑崩塌堆积体边坡岩土体参数随机性和模糊性,以及地震力双向性,建立一种边坡地震动力模糊可靠度计算方法,针对竖向地震力对崩塌堆积体边坡稳定可靠性的影响进行进一步研究。首先,选用动力有限元时程分析法计算出双向地震工况下崩塌堆积体边坡的响应特征,并运用模糊理论对强度参数进行模糊性处理;然后,根据Mohr-Coulumb强度准则构建边坡安全系数与可靠度的时程计算模型;最后,采用边坡地震可靠性评价新方法,通过MATLAB编写相应程序,实现计算和分析结果的快速输出。案例结果表明:新方法计算结果更加合理,对工程而言也更加安全;竖向地震作用均对崩塌堆积体边坡整体可靠性存在影响,但影响程度需根据工程实际情况进行分析。在算例工况下,竖向地震对崩塌堆积体边坡的可靠性影响很小,仅使得可靠度降低3.55%,因此,可仅考虑水平地震的影响。     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移研究

Newmark永久位移是评价边坡在地震时稳定性的一个重要指标,近年来广泛应用于地震边坡危险性评价中。传统Newmark永久位移法在计算临界加速度时假定其为常数,未考虑滑动面上抗剪强度参数的变化,过低估计了边坡的永久位移。为了解决这一问题,本文从岩土结构理论获得思路,详细分析滑块底面抗剪强度参数在地震中的变化过程,以边坡震动过程中黏聚力逐步丧失为基本思路,在黏聚力符合一定概率分布的基础上,提出了一种利用蒙特卡罗法模拟其动态减小过程从而实现临界加速度动态变化的计算方法。经过算例计算,黏聚力和临界加速度体现了地震过程中边坡滑块黏聚力和临界加速度的动态变化,位移大小符合地震边坡实际位移的常规数值。本文提出的蒙特卡罗法实现动态黏聚力和动态临界加速度的计算过程与地震时程相对应,不仅在一定程度上解决了抗剪强度参数的动态变化问题,还解决了传统Newmark位移计算中永久位移比实际位移偏小的问题。