基于动力响应时程特征的堆积层滑坡失稳概率分析

地震是触发滑坡发生的重要因素,汶川地震导致龙门山地区产生多处滑坡灾害。受强震的影响,众多天然状况下处于稳定状态的堆积层坡体发生了失稳破坏。通过对该地区某堆积层滑坡进行地质调查的基础上,阐明了地震作用下此类滑坡的变形破坏机理。采用有限元对其在地震作用下的稳定性状态进行了数值模拟,研究了这类堆积层滑坡在地震作用下的动力响应时程特征。分析了地震作用下堆积层滑坡的失稳概率,综合得知该滑坡在地震作用下处于欠稳定状态,从而合理的评价了滑坡的稳定性。     

水位骤变触发库岸堆积层滑坡的物理模型试验及机理分析

库区水位骤变容易引起库岸边坡堆积层滑坡,而水库库岸滑坡往往会直接造成水工建筑物的损毁、减少有效库容,因此深入研究其诱发机理和变形破坏模式具有重要意义。本试验在模型箱内进行,其净空尺寸为100cm60cm60cm（长宽高）,内设不透水底板模拟基岩体,通过水闸可以实现水位的骤降。在不透水底板上填筑有厚度约为20cm的堆积层,并在堆积层内部埋设传感器,用于测量土压力和孔隙水压力的变化过程,并在试验全过程中用摄像机记录了滑坡的变形位移情况。试验结果表明：在水位上升过程中堆积层表面会形成张拉裂缝,边坡前缘涉水区域发生局部破坏,主要是由于库水入渗后,水对岩土体会造成抗剪强度弱化; 水位骤降时,堆积层会沿着基岩面发生整体下滑,滞留在土体中的孔隙水压引起的渗流力是导致该滑坡发生的主要因素; 由于水库库岸堆积层滑坡是在渗流力牵引作用下发生,故滑坡失稳模式一般为牵引式滑坡。     

一种简易的边坡动力响应物理模型试验方法及其应用

为研究边坡在动力荷载作用下的响应问题,设计了一种简易的物理模型试验方法。依托汶川地震中形成的罐滩滑坡结构特征,基于相似理论,搭建了室内斜坡物理模型,以重球自由下落撞击钢板的方式加载,详细介绍了试验过程并探讨了下伏软层反倾岩质斜坡在不同输入波频率、振幅和入射方向情况下的响应情况。试验结果表明：边坡模型对入射波具有临空放大和垂直放大的作用,且趋表效应显著;入射波频率和入射方向影响加速度放大系数的数值及分布规律、入射波的振幅与加速度放大系数呈正相关。试验结果证明了该模型试验方法能较好的反映出边坡模型在动力作用下的响应规律,且具有参数可调、操作简单、经济便捷的特点。     

堆积层滑坡水动力位移耦合预测参数及其评价方法研究

在系统分析滑坡的物质组成和失稳动因的基础上,分析和研究了地下水在滑坡稳定性演化过程中的卸载与加载动力作用及其位移响应规律和特点。从非线性系统动力学角度,提出了运用地下水卸加载动力与位移响应耦合预测参数来评价边坡稳定性演化规律与失稳特征,即以地下水位变化量作为堆积层滑坡的卸加载动力参数,以相应的位移作为其卸加载响应参数,建立和确定了地下水卸加载动力与位移响应比预测参数与评价模型。同时,运用损伤力学基本原理,建立了其卸加载响应比与坡体损伤变量和稳定性系数的定量关系以及失稳判据。以三峡库区典型堆积层滑坡分析为例,运用地下水动力与位移耦合预测模型对其稳定性进行了分析与评价,发现地下水动力位移耦合预测参数变化与边坡稳定性实际动态演化规律基本吻合。研究成果表明,所确定的参数是水诱发型堆积层滑坡的一种有效位移动力评价参数,可运用该参数对该类滑坡的动态稳定性进行实时监测预警与评价。     

格构梁锚杆加固滑坡地震动力响应分析

挡墙、抗滑桩、锚杆等多种支挡构造物中,锚固系统抗震性能良好,其治理后的边坡失稳可能性极小。为研究地震作用下格构梁锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究不同激励强度、不同频率条件下锚固滑坡及锚杆的动态响应特征。结果表明:地震激励作用下,锚固体的动力响应分为三个阶段:适应调整区段(0. 05g～0. 20g)→平和抗震区段(0. 20g～0. 40g)→激烈抗震区段(0. 40g～0. 60g);锚固系统的自振频率和PGA放大系数随之呈现高→低→高的走势。激励强度不同,激励作用的频谱不同,同列锚杆的应变振型也不同;自振频率附近的正弦波激励(15 Hz)由于共振作用,在锚固体上部产生的不协调变形较大,同列锚杆的应变走势随着激励强度的增加从中间小上下大的"C"型调整为上大下小的"Г"型;正弦波超低频率(5 Hz)激励作用下,同列锚杆的应变走势则一直保持上小下大的"L"型;实际的汶川波和EL Centro波由于组合了不同的频谱,同列锚杆的应变走势则呈现中间小上下大的"C"型。强震地区锚固系统设计时,建议同时加长坡顶与坡脚的锚杆设计,以抑制坡顶滑面处的拉张裂缝及坡脚的剪切裂缝。     

隧道仰坡地震动力响应特性振动台模型试验研究

为研究地震作用下山岭隧道仰坡的动力响应特性及仰坡坡体和衬砌结构的相互作用,设计并完成了隧道洞口段大型振动台模型试验。试验结果表明,地震作用下仰坡的加速度反应存在显著的非线性放大效应和趋表效应;当输入地震波幅值超过0.6g时,土体的非线性反应明显增强,加速度放大系数显著降低,表现出放大效应饱和的特性,且沿坡体竖直向上,加速度分布逐渐表现出平均化的趋势;隧道洞口段仰坡水平向动力反应受隧道结构存在的影响较小,可简化为自然边坡进行分析;仰坡的动力失稳是影响衬砌结构安全性的重要因素,当输入地震波幅值较小时,竖直向地震作用下衬砌主要受力部位受力要大于水平向地震作用,当幅值较大时,水平向地震动对衬砌结构的影响则明显大于竖向地震动;均质仰坡的破坏部位主要位于仰坡坡肩至坡面上部,破坏过程表现为地震力诱发-坡肩土体拉裂张开-坡肩土体倾倒崩塌-崩塌的土体沿坡面滑落碰撞-形成碎屑流堆积于坡脚。模型试验的结果能为山岭隧道洞口段的理论分析、计算和设计提供指导和依据。     

地震作用下西藏易贡滑坡动力响应特征分析

西藏雅鲁藏布江大峡谷地区是地震滑坡的高易发区,发生过多期地震滑坡。以西藏易贡滑坡为例,运用FLAC3D有限差分方法,对滑坡所在山体进行频响特征分析,并以此为基础对其地震波作用下的放大效应开展研究,最后对近场强震条件下山顶潜在崩滑体稳定性进行预测。研究结果发现:易贡山体整体卓越频率处于较低值,山顶卓越频率主要集中在1 Hz以下、山顶两侧卓越频率在2~6 Hz之间;在地震波作用下,易贡山体顶部及两侧出现不同程度放大,山体内部沿高度向上呈先增后减、进而再次增大的变化趋势,其计算结果与频响特征分析结果基本一致;静力条件下,潜在崩滑体基本保持稳定,其安全系数为1.27,但地震作用下的计算结果却表明其发生了失稳破坏;在考虑水平向和竖向加速度同时输入的近场强震条件下,崩滑体稳定程度将进一步下降,因此需加强近场强震条件下山体的风险分析及预测。      

堆积层滑坡时间预报问题的讨论：以新滩滑坡为例

堆积层滑坡的准确预报有一定困难，现有的各种数学模型只适用于滑坡加速蠕变阶段的临滑预报。为此，笔者提出了堆积层滑坡的长期、中期和临滑预报工作的重点及相应对策。     

不同仰坡度数的山岭隧道洞口段动力响应振动台试验研究

首先介绍试验装置、模型相似比、试验模型箱等,然后对围岩与隧道结构的加速度响应、衬砌的位移和应变响应以及仰坡坡面的破坏情况进行分析。分析表明,由于洞口临空面的存在,隧道洞口处会出现加速度和位移的放大效应,不同的仰坡角度下均符合该特性,但随着仰坡坡度的增加,放大效应会逐渐减弱。在振动过程中衬砌横断面承受循环的拉压荷载作用,两侧的拱肩和拱脚位置出现较大的地震附加弯矩,受力特性与仰坡坡度无关,但地震附加弯矩会随着覆土厚度和结构惯性力的增加而增大;随着仰坡坡度的增加,结构与围岩在洞口处的相互作用会逐渐减弱,仰坡坡面的破坏形式分别为坡面的局部崩塌、衬砌顶部的大面积滑塌和坡顶的高位滑塌,均为浅层破坏,但坡面坍塌围岩会不同程度的掩埋洞口,对隧道的正常使用造成严重的影响,故应对洞口仰坡进行重点设防。分析结果对于合理认识山岭隧道洞口段地震响应特征具有积极作用,可供隧道实际工程设计和施工的抗震设防参考。     

基于系统动力学的卸加载响应比参数及其在堆积层滑坡稳定性评价中的应用

针对堆积层滑坡的物质组成和力学性质,从系统动力学角度,提出以卸加载响应比作为滑坡稳定性评价参数,并对卸加载响应比参数与加卸载响应比参数进行了比较和分析,指出卸加载响应比参数在边坡的稳定性评价和工程实践中更具有理论意义和实际应用价值。通过论证分析,确定了构成卸加载响应比的卸加载参数和卸加载响应参数,并论证了其合理性与可行性,在此基础上建立了月降雨量-位移加速度卸加载响应比模型。并以新滩典型堆积层滑坡为例,运用该模型进行分析计算,发现卸加载响应比时序曲线所反映的稳定状态与滑坡的实际状况基本吻合,当Y' Y'-且Y'0时,滑坡整体失稳,说明卸加载响应比参数和评价模型用于预测滑坡的变形阶段和作为失稳判据是行之有效的。     

滑坡防治格构梁锚固系统振动台模型试验

为研究地震作用下锚固系统的动力响应,采用振动台进行格构梁锚杆支护滑坡模型试验。试验分别输入汶川波、EL Centro波、正弦波作为地震激励,监测锚杆轴力、坡体加速度和位移时程,研究锚固滑坡在地震作用下的动力响应差别、不同位置锚杆在地震作用下的受力机制。结果表明：低量级地震波（0.05 g～0.40 g）作用下,坡脚相对坡体的其他部位,浅表效应表现明显,坡脚滑面由于反复的揉搓作用,更容易出现裂缝,影响整个锚固体的稳定;建议在拟静力法设计的基础上,在滑坡坡脚密集地打入短锚杆或土钉以平衡坡脚滑面处出现的不协调往复运动。高量级地震波作用（0.6 g～0.8 g）下,坡肩处坡表效应表现明显、坡顶滑面处裂缝宽度不断增长,更易出现崩裂、崩滑等现象;建议加长坡顶的第1排锚杆,以抑制坡顶滑面处裂缝的下切发展;同时在坡顶面垂直地打入短锚杆或种植根系发达的植物护坡。格构梁锚固系统不会出现素土边坡的整体性破坏,强震作用下,首先是坡脚锚杆的承载能力受到损伤,顶层锚杆的抗拉力则因坡顶面及上表面的拉裂急剧增长。研究结果为更加合理地进行锚杆抗震设计提供了良好的基础。     

考虑接缝影响的地下综合管廊振动台模型试验

地下综合管廊属于浅埋狭长型结构,变形缝存在较为普遍,而在地震荷载作用下,其会对地下结构的振动响应产生一定影响,但是目前针对该问题的研究却十分有限。基于振动台模型试验并考虑接缝的影响,开展了不同波形、不同峰值加速度地震波激励下的综合管廊地震响应特征研究,对场地加速度、动土压力以及管廊结构加速度、位移、动应变和弯矩等响应进行了测试和分析。试验结果表明:管廊振动主要受周边土体影响,接缝截面边墙在地震过程中与土体发生脱离,但管廊结构整体性保持良好;管廊接缝在强震下位移较小,不会发生大变形破坏;强震作用下动土压力分布呈非线性特征;接缝截面在地震中受到的弯矩作用小于中部截面,对抗震性能有利。     

桩板式抗滑挡墙地震响应的振动台试验研究

汶川地震路基震害调查表明,在顺层或堆积体边坡中的桩板式抗滑挡墙具有良好的抗震性能。为了更好地了解该结构的抗震性能和优化抗震设计方法,以大型振动台模型试验为手段对其进行研究。为明确地震作用下桩板式抗滑挡墙的地震响应特性,试验采用缩尺的卧龙台站实测地震波对模型激励。试验结果揭示了土压力沿桩身分布规律、桩体位移和边坡岩土体加速度的地震响应特征。研究表明,地震土压力沿桩身呈非线性分布,竖向地震荷载对水平加速度有放大效果。所以,双向加载时的地震土压力比水平单向加载时大,但二者差距在地震基本烈度VII、VIII度区域不显著。滑坡推力、滑床对桩的土体抗力和桩身位移均与输入地震动峰值加速度成正比,即随着地震动峰值加速度的增加,加速度放大比增大;滑动面材料剪切强度折减,滑坡推力、土体抗力和抗身位移均增大,且增大速率加快。此外,结合试验成果,建议了桩板式抗滑挡墙设计时地震综合影响系数Cz的合理取值,对应地震基本烈度VII、VIII、IX度区分别为0.2、0.35、0.4。试验结果有助于揭示该结构抗震机制,也为其抗震设计提供了可靠依据。     

液化场地桩基桥梁震害响应大型振动台模型试验研究

采用大型振动台进行液化场地桩基桥梁震害响应模型试验,很好再现了自然地震触发场地液化及结构破坏的各种宏观现象。0.15gEl Centro波输入下,上部砂层局部液化,桩-柱墩加速度主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。0.5gEl Centro波输入下,整个砂层全部液化,桩被折断且加速度也主要表现为低频反应,桩动应变幅值自下而上很快增大、到达地表则大幅度减小。砂层液化与否,对桩-柱墩动力反应影响很大。     

小角度成层倾斜场地动力响应分析的大型振动台试验研究

基于大型振动台试验,研究小角度成层倾斜场地在倾向、走向、垂向、坡面方向、坡面垂直方向上的地震动响应特征,以及地层倾角对场地反应谱的影响规律。试验结果表明：在倾向方向,随着地层倾角的增大,倾斜场地的放大效应增大;在走向方向,当地层倾角小于12.5°时,放大效应强于水平成层场地;在倾向、走向方向,当地层倾角达到12.5°时,场地对反应谱短周期T≤0.1 s部分具有放大作用,对T＞0.1 s的部分具有削弱作用;在垂向方向,随着地层倾角的增加,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地;在坡面方向,倾斜场地的放大效应弱于水平成层场地;在坡面垂向方向,倾斜场地的放大效应强于水平成层场地。该研究成果对小角度成层倾斜场地上的建筑物抗震设计具有一定的参考意义。     

地震波振幅对黄土-泥岩边坡动力响应规律的影响

研究地震作用下黄土-泥岩边坡动力响应特征,对边坡的稳定性评价和抗震设计具有重要指导意义。基于边坡的离心机振动台试验和数值模拟分析,研究地震波振幅对边坡地震动响应的影响规律,结果表明：由坡体深部至浅表层,黄土-泥岩边坡的水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂直向,在坡体顶部到达最大,表现为趋表效应和高程效应;在边坡内部岩性接触部位,黄土层内动力响应较大,泥岩中动力响应较小,表现为岩性效应;随着输入地震波振幅的增加,坡体动力响应表现为先增大后减小的趋势,当输入振幅达0.3g时,坡体动力响应最大。黄土-泥岩边坡的变形破坏过程为：随输入地震波振幅增加,坡顶逐渐形成拉张裂缝,不断扩展,坡体中上部溜土,产生向临空面方向的位移,坡体中部发生鼓胀隆起,局部坡体振动松散,岩土体滑落至坡脚堆积。     

纵向非一致激励下自由场土体的非线性地震反应研究

土体地震反应分析对结构的地震反应和抗震安全性评价具有重要的意义,以大型振动台模型试验为手段,研究一致激励和非一致激励下自由场土体的非线性地震反应规律及其影响因素,能够为结构的地震破坏机制分析提供支撑。通过对场地土体的动力特性、加速度响应、剪应力-剪应变曲线以及土体沉降的分析,研究了不同地震动、不同地震强度作用下自由场土体的地震动反应特性及其变化规律。研究结果表明:土体的非线性发展程度不仅与地震动记录有关,还与地震动输入方式、加载等级有关;在大震或纵向非一致激励作用下,土体运动的不一致性导致了更强的土体结构性变化,频率降低,阻尼比增大,土体刚度弱化,土体的非线性发展相对较快;土体剪应力-剪应变曲线和沉降曲线的变化规律一定程度上也反映了土体的塑性发展情况。所得结论和自由场地震反应宏观现象一致,彼此佐证了结论的合理性。     

地震作用下地裂缝场地地震动参数试验研究

为研究地裂缝场地地表动力响应规律,以西安f4地裂缝场地为工程背景,采用剪切型模型箱,进行振动台模型试验。分析了地裂缝场地在地震作用下的破坏特征和动力响应,得到了地表地震动参数变化规律。试验结果表明：地震作用下,地裂缝场地的主裂缝在地表开裂、扩展,并在裂缝区产生与其45°相交的次生裂缝,次生裂缝的数量随着地震强度增大而增多;地表地震动参数峰值均表现出上、下盘效应,均在上盘裂缝处最大,逐渐向两侧递减;随着输入地震强度增大,地表加速度及Arias强度放大系数逐渐减小;上盘加速度变化频率较快,且上、下盘两侧加速度峰值存在相位差,但两侧位移及速度时程波形基本一致。该研究成果可为跨地裂缝结构抗震设计提供重要参考。