地震作用下三峡库区典型堆积层滑坡变形特性研究

选取三峡水库区地震频发的兴山县一典型厚层堆积型滑坡为研究对象,以实测库水位波动与地震发生时间点关系为基础,并参照V度地震烈度,采用静力-渗流-动力多场耦合3D数值模拟方法,对滑坡变形机理进行研究。结果表明:(1)地震作用与库水位波动密切相关,不利的渗流条件和地震动荷载作用相互叠加,渗流场-动力场耦合作用共同导致滑坡体发生变形;(2)堆积层滑坡体结构相对均质,无显著不良地质单元,除堆积体临空面附近外,其对地震波几乎无放大效应;(3)V度地震烈度条件下,连续地震对堆积层滑坡变形量的影响有限且收敛,但仍有必要对滑坡体变形进行长期监测。     

地震诱发低角度黄土-泥岩滑坡动力响应及变形分析

基于室内试验获取黄土滑坡的静力和动力力学强度参数,建立低角度黄土滑坡破坏大型物理模拟试验模型,结合FLAC^3D有限差分软件,分析黄土滑坡的动力响应规律和宏观破坏特性,阐明在地震作用下黄土滑坡的失稳演化规律,揭示黄土滑坡滑体运动迁移路径。结果表明：低角度黄土-泥岩滑坡在地震荷载作用下地震波水平方向和垂直方向均出现明显的放大效应;在黄土层内部,随着斜坡高度增加,坡肩和斜坡后缘加速度放大效应较为明显,对比坡脚、坡腰和坡肩处剖面上加速度放大系数,下伏泥岩对地震波产生一定的放大效应。松弛拉张裂隙,土体强度降低,接触面和坡肩、斜坡后缘处的拉张裂缝形成弧形滑移面,上覆黄土层由内向外依次连带下滑,坡肩处土体的下滑力和地震力促使坡腰土体大面积长距离滑动,最大滑动涉及范围长达200 m左右,土体下滑至坡脚发生堆积并产生隆起。数值模拟结果和振动台试验结果在动力响应和宏观变形破坏特征均呈现较高的吻合度。     

宝兰客专天水市王家墩滑坡地震稳定性分析

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,宝兰客运专线秦安隧道穿其而过。以王家墩滑坡为研究对象,围绕工程中静、动力抗滑稳定性问题,通过室内试验、现场调查对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确地震荷载作用下,王家墩古滑坡失稳影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法,开展动力抗滑稳定性分析方法研究;采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数,分析结果表明：地震作用时的水平推力对王家墩古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌;在天然状态下坡体处于稳定状态,在遭遇未来该区域中强地震作用时,该斜坡会发生失稳,黄土斜坡的整体滑动最容易出现在第三阶坡体,沿着塑性应变最大的滑移面整体滑移;给出了坡体动力稳定性安全系数F_s=0.92。     

岩质斜坡动力响应特性的结构面效应研究

斜坡的坡体结构是控制斜坡变形破坏模式、影响斜坡动力特性的重要因素。为了进一步了解"坡体结构面如何影响边坡地震动力响应规律"这一问题,对均质斜坡(无结构面)和水平层状岩质斜坡(含水平结构面)两种类型的岩质斜坡进行了大型振动台试验研究,并着重对比分析了有无结构面对岩质斜坡峰值加速度动力响应规律的影响。研究结果表明:水平层状斜坡坡表和坡内加速度动力响应基本上都大于均质斜坡,即水平层状岩质斜坡存在层面放大作用,但水平结构面对斜坡加速度动力响应放大作用的程度与地震波类型、频率、振动强度和激振方向有关,总的来说,水平层面对Z向地震波的放大作用大于对X向地震波;在本试验研究中,频率仅影响层面放大系数量值的变化,而地震波类型及其振动强度和激振方向则对其分布形式和量值均有显著影响。     

含石量和坡度变化对土石混合堆积体的动力响应及失稳的影响

土石混合堆积体在地震荷载作用下的动力响应是研究其在地震荷载作用下失稳机理的重要指标。文中基于室内振动台模型试验,研究了含石量和坡度变化对土石混合堆积体动力响应特征的影响。试验结果表明:峰值加速度(PGA)的放大系数在水平方向随着高程的增加而增大;坡度越大时水平方向的PGA放大系数越大,而含石量越大时其对应的水平方向的PGA放大系数越小;土石混合堆积体的坡脚处竖直方向的PGA放大系数增长明显,而坡顶竖直方向的PGA放大系数有减弱的趋势;相同激振强度下,土石混合堆积体的坡度越大则坡体顶部的永久位移越大,而含石量越大则对应的坡顶位移越小;堆积体滑坡振动过程及滑动后,大粒径颗粒向下运动的速度较快,使得土石混合堆积体坡脚的堆覆具有非常明显的颗粒分选现象。文中的研究结果对于分析土石混合堆积体的含石量和坡度变化与其在地震荷载作用下的动力响应规律具有实际意义。     

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。     

基于颗粒流方法的黄土地震滑坡数值模拟

基于颗粒流理论研究土质边坡动力稳定性及其滑动过程是近年来滑坡研究的一个新热点。在野外调查和室内试验的基础上,通过标定土体细观参数、模型建立、动力输入、动态监测等过程,利用PFC2D程序模拟了西吉县兴平乡堡湾村下马达子滑坡的失稳破坏运动过程,得到了该滑坡的破坏运动机理。得到如下结论：(1)下马达子滑坡的失稳机制是在地震作用下斜坡前缘牵引、后缘推挤,使得坡肩受拉发生破坏,失稳后坡肩位置较大的速度和位移是地震滑坡破坏力强、致灾范围大的主要原因;(2)黄土地震滑坡的滑坡后壁相对平缓,这是区别于重力滑坡的重要特征之一;(3)颗粒流模拟得到的滑坡前后相对高差和长度与实际情况较为吻合,因此,颗粒流方法可以用于地震滑坡滑距的预测。     

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。     

土质边坡地震动力响应规律研究

地震往往会触发大量的山体滑坡,给人类和社会带来巨大灾难。为研究探索土质边坡在地震作用下的动力响应规律,本文建立了二维均质边坡有限元模型,模拟计算了其在地震作用下的动力响应,对地震响应中学术界和工程界最为关心的加速度、位移和频谱特性响应进行了研究分析,并得到以下几点结论:①在坡顶和坡面处,与输入地震动加速度时程比较,输出加速度峰值出现的时刻有滞后现象;②坡体内部对输入地震动PGA存在垂直和临空面放大作用,同时垂直放大作用呈现出节律性变化的特点;③地震作用下坡体的最大变形在水平方向上出现在坡脚处,在竖直方向上出现在坡肩处;④边坡体内部对输入地震动的频谱成份产生滤波作用,滤掉了输入地震动中的高频成份,且随着高度的增加,这种滤波作用呈现增强的趋势。     

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。     

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。     

不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

基于FLAC3D数值模拟方法,建立不同类型的黄土场地计算模型,研究地震动强度和频率对不同类型黄土场地的动力响应特征和变形规律,分析不同类型黄土场地地震动响应的差异性,揭示不同类型黄土场地诱发的地震灾害,结合理论分析验证数值模拟结果的可靠性。研究表明:黄土-泥岩接触型二元结构斜坡极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右,是一元结构黄土斜坡相同部位加速度放大系数的1.5倍左右; 黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏; 低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右; 黄土斜坡场地易诱发大面积的滑坡灾害,黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下易诱发局部震陷灾害。     

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。     

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...     

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。     

黄土斜坡动力响应特征分析

斜坡动力响应特征与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近斜坡卓越频率就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。汶川地震对远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取汶川地震典型黄土斜坡场地,利用地形台阵流动观测和数值模拟计算相结合的方法,系统开展强震动作用下黄土斜坡场地动力响应特征研究。结果表明:坡顶卓越频率最小,其PGA放大系数甚至达到坡底的1.98,这种现象可能与斜坡高差和入射波波长之比密切相关,比值0.2时坡顶放大效应达到最大。随斜坡坡度增加,放大效应增强,坡顶反应谱卓越周期放大系数可达5,说明斜坡地形对强震地面运动有显著影响。数值计算结果与实际强震观测基本吻合,其结果对黄土地区建设工程抗震设防具有重要的科学与实际意义。     

地震作用下反倾岩质斜坡动力响应规律及频谱特征研究

以四川昌都贡扎滑坡为原型,设计制作了1:1000的振动台试验模型,开展了包含软弱岩性组合和贯通性结构面的反倾岩质斜坡的振动台模型试验.考虑场地工程地质条件和场地特性,将富含多种频率的人工合成基岩地震波作为动力输入条件,探讨了不同概率水准人工合成地震波作用下反倾岩质斜坡的动力响应规律,并与输入正弦波的放大效应规律进行对比...     

摩擦摆隔震支座振动台试验、数值仿真及应用研究

通过模型振动台试验和数值仿真,对适用于高层建筑结构的大吨位摩擦摆隔震支座在不同地震荷载工况下的动力响应和隔震性能进行了深入研究,试验模型的力学及承载性能在不同地震动水准下保持较好,且随着输入激励的增大,支座耗能能力逐渐提高,减隔震效果逐渐增强。隔震支座的数值模拟结果和振动台试验结果吻合良好,取得了较好的模拟效果。在此基础上,选取一复杂高层建筑结构作为研究对象,进行了不同地震波小震和大震激励作用下的动力响应分析,通过对比设置隔震支座与未设置隔震支座的计算结果,总结了高层建筑结构的动力响应规律。结果表明:(1)摩擦摆隔震支座耗能能力随着地震作用的增大而增强;(2)不同类型地震波作用对复杂高层建筑结构的响应明显不同:长周期地震波作用下结构响应明显比普通地震波作用下的结果大,且长周期地震波对结构位移响应的影响较加速度明显;(3)摩擦摆隔震支座对复杂高层建筑结构的地震反应有较为理想的隔震效果,不同地震波作用下结构响应的隔震效果有所不同,且不同响应之间的隔震效果也不相同,位移响应的隔震效果明显大于加速度的隔震效果。     

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。     

对称双斜桩侧向动力响应特性试验研究

地震作用下的桩基动力响应问题一直是土动力学和岩土工程抗震领域研究的热点。本文基于非液化干砂和饱和砂土中对称双直桩和双斜桩电磁式振动台试验,在试验中输入不同峰值加速度的正弦波和不同的地震波形,对比研究非液化干砂和饱和砂土中斜桩横向动力响应特性的不同,主要包括桩头承台加速度和位移幅值与台面输入时程的对比。研究结果表明:无论是正弦波输入还是地震波输入试验,当饱和砂土发生液化后,桩周土对桩侧支撑反力降低从而导致桩-土之间相互作用力减小,加速度和位移幅值放大效应均发生显著增加,对称双斜桩的动力响应放大程度低于对称双直桩,尤其在饱和砂土液化时更加显著。地震波输入试验中承台加速度和位移量值均明显高于正弦波试验工况,但相对台面输出幅值的动力放大倍数整体水平较低。