基于FLAC3D预应力锚杆抗滑桩支护边坡地震响应分析

建立预应力锚杆抗滑桩支护边坡三维模型,通过坡面监测点分析地震作用下边坡坡面监测点位移、加速度响应以及地震过程中抗滑桩所受剪力与弯矩的受力规律。结果表明:地震作用下边坡坡面产生永久位移,最大水平位移发生在边坡中下部;与无支护边坡相比,预应力锚杆抗滑桩支护边坡能有效抑制坡面峰值加速度PGA放大系数。地震作用下抗滑桩随地震历时的增加受力不断变大,最后趋于稳定,其中剪力呈现倒"S"型,桩身弯矩呈现"S"型。研究结论对预应力锚杆抗滑桩支护边坡的抗震设计有一定参考价值。     

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。     

路基地震峰值加速度响应特性振动台试验研究

在采用拟静力法分析公路路基抗震稳定时,需要考虑路基对地震加速度产生动力放大效果的影响。为了研究该放大效果,针对填方路基在强地震动作用下的动力响应,设计并完成了1∶20比尺的路基大型振动台模型试验。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波激励,研究地震作用下路基模型边坡地震峰值加速度的放大系数。试验结果表明,路基边坡对输入的水平地震波具有明显的放大作用,而对竖向地震波的放大作用不明显。沿路基高程向上,水平地震波加速度峰值放大系数呈现波动,且坡面的放大系数大于路基内部的放大系数。在不同类型、不同振幅和不同频率的地震波作用下,路基地震峰值加速度放大系数具有明显的差异。试验结果可为确定路基抗震稳定设计的动力荷载提供相应的参考。     

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。     

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。     

组合支护结构作用下反倾层状岩质边坡加速度响应振动台试验研究

设计并完成一个1∶30的大比例尺高陡反倾层状岩质边坡的振动台模型试验,坡体内部有6个软弱泥化夹层,研究在组合支护体系作用下EL Centro地震波和汶川-清屏地震波激振下泥化夹层含水量发生变化时边坡的加速度动力响应规律。试验结果表明:(1)坡面X、Z向加速度放大系数均具有非线性高程放大效应,但前者大于后者;(2)泥化夹层含水量的变化对坡面加速度放大效应影响显著,注水后X向减小而Z向增大;(3)支护体系作用下边坡临空面放大效应的现象受限制,预应力锚索抗滑桩以下边坡基本不存在加速度放大效应;边坡分级支护可有效降低X向加速度放大系数的高程增大效应,但对Z向会产生不利作用;(4)边坡的破坏模式为上部受软弱夹层滑动牵引而发生倾倒-拉裂变形,导致顶部框架梁有可能最先发生破坏,且破坏类型可能以绕坡顶为支点向坡体内侧转动,引起上部的锚索产生拔出破坏。     

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。     

基于振动台试验的纯黄土边坡动力响应研究

黄土地区地震岩土灾害严重,本文以兰州新区一纯黄土边坡为原型,开展了大型振动台模型试验,研究纯黄土边坡在地震荷载作用下的动力响应规律与破坏机制。结果表明:与其他岩性或土性的边坡一样,纯黄土边坡表层加速度放大效应明显,在坡肩附近达到最大,呈现出高程效应即随高程的增加放大效应增强,同时放大效应也会随地震烈度的增加而增强,当烈度达到600 gal时,坡肩处放大系数最大为2.06;边坡表层土压力远小于与其同一高程的内部土压力,表层变化规律基本一致且随地震动的增加数值相差不大,在临空面上,坡脚附近土压力为最大,其值在0.7~0.75 kPa;随地震烈度的增加,边坡表面裂纹逐步由细小短裂缝演变为横向贯穿的深裂缝,在坡肩附近尤为显著,试验中,最大沉降约10 cm,坡肩最大水平位移为5~8 cm,模型边坡最终发生拉裂滑移式破坏。该研究结果可为纯黄土边坡在地震荷载作用下的稳定性研究提供一定参考。     

汶川地震背后山滑坡稳定性与动力响应分析

2008年5月12日,四川汶川发生了8.0级特大地震,这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、诱发地质灾害最严重的一次强烈地震。此次地震震撼了整个中国,引起了全世界的关注。在距离震中约250km,坐落于背后山古滑坡体前缘堆积体之上的汉源老县城,出现了比周边地区高出两度的烈度异常现象。如此高的烈度异常现象引起了广大科研人员和政府相关部门的高度关注。为了科学合理地解释汉源老县城高烈度异常的原因是否与背后山滑坡有关,并进一步探讨地震作用下边坡的稳定性及动力响应等问题,本文对背后山滑坡开展了与地震相关的一系列研究。本文的研究对推动这一领域的研究工作具有重要的理论和工程意义。本文系统地归纳、总结和评述了边坡稳定性的研究进展,对背后山滑坡的工程地质条件进行了详细的调查,整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科学考察的全部资料。在此基础上,通过有限元数值模拟,对背后山滑坡的共振特性,静、动力稳定性以及动力响应等进行了计算和分析研究,得到了若干有意义的结论,主要研究成果如下:(1)对汉源县的震害及背后山古滑坡进行了科学考察。在汶川特大地震发生后,防灾科技学院科考组在中国地震局的统一指挥下,负责汉源和北川的科考工作,对汉源县城背后山滑坡进行了野外调查,获得了地形地貌、地层岩性、地质构造等详细资料,揭示了背后山有古滑坡存在,圈定了古滑坡的边界范围,明确了古滑坡的活动期次、特征及现今稳定性状况。调查分析结果显示,汉源老县城位于背后山古滑坡体的前缘,但并未发现古滑坡整体复活的迹象,只在坡体后部出现了几条张性裂缝。(2)建立了背后山滑坡的地质模型、力学模型和有限元计算模型。选取典型的地质剖面,建立滑坡的地质模型、力学模型和计算模型,并制定了计算方案。提出4种安全系数的计算方法,对背后山滑坡的静力稳定性进行了计算和分析,得到静力安全系数为4.09。结果表明,在静力条件下,背后山滑坡是稳定的,同时为滑坡的地震稳定性分析提供了初始的静应力场。(3)分析了背后山滑坡的共振特性。分别通过ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,得到了边坡体固有频率和振型,以及位移与频率的关系(共振曲线)。对比分析汉源县附近强震台站记录到的地震动卓越周期,我们发现,滑坡的固有周期与其基本相近。现场考察发现,汉源老县城坐落于背后山滑坡体前缘之上,由此分析认为,可能是由于滑坡体发生共振而导致了汶川地震时汉源老县城的高烈度异常。(4)计算和分析了背后山滑坡的地震稳定性。分别用拟静力法和有限元动力时程分析法计算了地震作用下滑坡的安全系数,重点是运用后一种方法进行计算、分析和评价。通过有限元动力时程分析,得到滑坡在地震作用下的安全系数时程曲线,通过分析给出了滑坡最小动力安全系数值为1.1,由此判断,滑坡整体是稳定的。对于边坡稳定性评价,本文提出可以根据安全系数最小值是否大于1,边坡关键点速度时程末段是否趋于零,以及在地震动时程末段位移、应力矢量场大小几个方面来判断滑坡的稳定性。在判断滑坡整体稳定的情况下,针对坡肩、坡脚等关键部位,提出从受力情况和振动速度两方面对其进行局部稳定性的分析和判断,并计算了关键点处的安全系数。计算和分析的结果表明,汶川地震中汉源县高烈度异常现象与滑坡滑动无关,但在坡肩附近以及坡体上部小范围内有轻度的拉张开裂,这与实际调查现象基本符合。(5)分析和讨论了背后山滑坡的动力响应,以及地震动三要素对边坡动力响应的影响。具体计算分析中,本文在坡面上、滑体内、滑面上、坡体内设置了32个监测点进行计算和分析。计算结果发现:在坡面附近,动力响应加速度峰值相较于输入地震动加速度峰值达到3倍以上,即PGA放大系数达到3以上。并且边坡体各点PGA放大系数在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,PGA放大系数逐渐增大后缓慢减小。坡体水平位移在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,位移逐渐减小。坡面陡坎对加速度、位移响应的突变效应很明显。分析地震动三要素对坡体动力响应的影响可以看出,加速度、位移动力响应的绝对量随输入地震波振幅增大呈明显的线性增长关系,但位移、加速度放大系数保持不变,它们不受振幅的影响,只取决于岩土体材料以及频谱特性。随着输入地震波频率的增大,坡面上各点的PGA放大系数减小,位移峰值随输入地震波频率的增大而减小。持时对坡体加速度峰值响应的影响不明显。综上所述,本文在背后山古滑坡工程地质条件调查的基础上,建立了地质模型、力学模型和计算模型。采用有限单元法对背后山滑坡进行静、动力稳定性分析、共振特性分析、动力响应分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究结果表明,背后山滑坡在汶川特大地震中并没有发生整体滑动,只是在坡肩附近小范围内产生轻微的拉张开裂。汉源县老县城高两度的烈度异常现象与背后山滑坡整体稳定性无关,与滑坡体共振产生剧烈振动有关,坡面的加速度放大效应非常明显。此外,本文认为,对于避免地震作用下边坡的失稳问题,可以通过分析边坡响应变化趋势、响应最明显的位置以及产生共振反应的频率段等相关特征给出相应的抗震措施。     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题。本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素。将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱值,研究边坡几何形态对边坡地震响应的影响。结果表明,坡高对坡面的速度放大影响明显,坡角对坡面加速度放大效果较强,而不同的坡面形状会造成不同的加速度响应规律,凹面坡加速度放大效果更小一些。该研究有助于地震边坡的稳定性分析并为边坡工程的抗震设计提供参考。     

Shaking Table Tests on Bridge Foundation Reinforced by Anti-slide Piles on Slope

Based on the requirement of seismic reinforcement of bridge foundation on slope in the Chengdu-Lanzhou railway project, a shaking table model test of anti-slide pile protecting bridge foundation in landslide section is designed and completed. By applying Wenchuan seismic waves with different acceleration peaks, the stress and deformation characteristics of bridge pile foundation and anti-slide pile are analyzed, and the failure mode is discussed. Results show that the dynamic response of bridge pile and anti-slide pile are affected by the peak value of seismic acceleration of earthquake, with which the stress and deformation of the structure increase. The maximum dynamic earth pressure and the moment of anti-slide piles are located near the sliding surface, while that of bridge piles are located at the top of the pile. Based on the dynamic response of structure, local reinforcement needs to be carried out to meet the requirement of the seismic design. The PGA amplification factor of the surface is greater than the inside, and it decreases with the increase of the input seismic acceleration peak. When the slope failure occurs, the tension cracks are mainly produced in the shallow sliding zone and the coarse particles at the foot of the slope are accumulated.     

地震荷载下边坡抗滑桩桩土机理的三维模拟分析

地震是诱发边坡破坏的重要因素之一,而抗滑桩是一种重要的边坡防治工程措施,因此开展地震作用下抗滑桩机理对于边坡防护具有重要的工程意义。本文以广东省梅州市茶阳车站为工程实例,运用ABAQUS软件建立三维模型,对地震作用下的桩土作用机理进行数值模拟分析。研究表明:(1)在地震作用下,边坡中上部水平位移较大,最大值为87.05mm,凹陷处水平位移远小于凸起处;(2)地震作用下抗滑桩会由于地震荷载产生远大于地震前的应力:静力作用下桩身最大值是147.24kPa,地震波输入14s时桩身最大值达到了326.36kPa;(3)地震作用下抗滑桩的应变亦远大于静力作用下的应变:静力作用下抗滑桩应变最大值是4.63×10~(-5),在地震波输入的第14s时桩身应变最大值是34.10×10~(-5)。因此在工程实践中对于地震作用下的抗滑桩边坡加固需要考虑桩的强度与刚度。研究结论对于边坡防治以及工程实践具有一定的指导意义。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

Analysis of Influence Characteristics of Site Ground Motion in Ya'an Area,Sichuan

为分析雅安地区场地结构引起的震动特性,选取该地区重大安评项目中的实际测试钻孔进行场地地震反应分析,采用等效线性化方法,并以NGA强震记录为输入,开展场地反应计算,在全面分析该地区场地地震特征的基础上,以峰值速度为参数指标,研究场地条件引起的峰值速度放大效应。研究结果表明,雅安地区场地卓越周期约为0.2 s,自振周期为0.2 s的建筑结构破坏相对严重;随着基岩峰值加速度的增大,峰值速度呈增大趋势,峰值速度与峰值加速度变化趋势并非完全一致,分析场地效应时应考虑多种地震动参数的变化规律;不同地震输入下峰值速度放大系数为1～1.8;峰值速度放大系数k_v在不同强度基岩输入下,大致呈随等效剪切波速的增大而减小的趋势,软土场地更易引起场地峰值速度的放大,这种现象在芦山地震中较为明显。     

常见边坡支护形式的地震稳定性对比分析

为了对比分析抗滑桩、抗滑桩加预应力锚索、格构梁加预应力锚索这3种边坡支护形式的地震稳定性,建立了相应的数值模型进行计算分析。计算结果显示:3种支护形式在地震作用后,边坡变形及稳定性系数的衰减幅度基本一致,其中格构梁加预应力锚索的衰减程度略弱,从结构受力放大倍数来看,抗滑桩支护形式的结构受力放大程度明显高于其余2种支护形式。计算结果还显示预应力锚索不仅能够提高边坡的稳定性,而且能够抑制支护结构内力的放大,从而提高支护结构的安全性能。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

基于拟动力法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

地震力作用下土质边坡动态稳定性研究对实际边坡工程有着重要的意义。采用拟动力法结合简化毕肖普法研究坡顶抗滑桩加固土质边坡在地震力作用下的动态稳定性。尽管拟静力法是目前处理地震力最为广泛的方法之一,但其局限性在于无法考虑地震力随时间变化且忽略了地震波在土体中的传播。而拟动力法采用正弦波模拟地震波在土中传播,并考虑地震波从坡脚传递到坡顶的相位差以及阻尼力对边坡稳定性的影响,通过边坡安全系数的变化揭示土质边坡在地震力作用下的稳定性变化规律。将得到的结果与拟静力法进行对比,突出了拟动力法的优势。最后,考虑水平地震加速度系数、加速度幅值放大系数以及土体内摩擦角对边坡稳定性的影响,以期对实际工程提供理论借鉴。     

地震力作用下单排与双排桩支挡结构性状试验对比分析

桩板式挡土结构由抗滑桩发展而来,可用于一般地区、浸水地区和地震区的边坡工程支挡;对于地震区边坡,采用单排或双排支挡结构的形式及其支挡效果尚缺少深入研究。本文基于地震力作用下单排、双排桩板结构在不同加载等级时的桩身土压力、土体加速度、桩身位移等变化的振动台模型试验结果,对比采用单排、双排桩板结构边坡的支挡效果,得出静力状态和不同加速度峰值地震力作用桩前后土压力分布、桩后土体加速度分布和桩体位移的一些规律,为今后边坡桩板式支挡结构的抗震设计提供参考。