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。      

崩塌落石冲击埋地油气管道的动力响应机理研究

高位崩塌落石是造成长输埋地油气管道破坏的主要地质灾害之一.本文通过111处山区管道崩塌案例分析,归纳出崩塌与埋地管道相互作用的3种模式:冲砸管道、牵引管道及埋没管道,其中冲砸管道的危害性最大,并建立了崩塌与管道相互作用的地质力学模型.采用有限元仿真软件系统模拟了落石冲击、土体与管道变形响应过程及影响因素,发现落石冲击管...     

列车动载作用下交叠隧道动力响应数值模拟

采用上海地铁某区间隧道现场实测振动加速度数据，对南浦大桥近距离交叠隧道在列车振动荷载作用下的动力响应进行了有限元数值模拟。模拟结果表明：上下重叠隧道在动载作用下相互影响显著；随着隧道间净距的增加，相互影响逐渐减弱；对隧道结构而言，土压静载是结构设计的控制荷载，列车振动引起的附加内力增幅较小。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

黄土塬地震动响应特征分析

2008年汶川Ms8.0级强烈地震对远离震中的黄土塬地区造成了较为严重的破坏,局部场地的震害和地震动放大效应显著。以典型黄土塬场地为对象,应用地形台阵流动观测和有限元计算方法,系统开展强震动作用下黄土塬边坡场地动力响应特征研究;应用大型振动台模拟试验和数值计算方法,重点探讨黄土塬平台场地在汶川地震作用下地表加速度响应随覆盖层厚度、地震动强度的变化规律以及对建筑结构的潜在影响。结果表明:黄土塬边坡顶部存在低频但较高放大系数的现象,可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关;大角度(60°～70°)黄土塬边坡对地震动的放大效应十分显著,坡顶加速度峰值(PGA)放大可达2倍,反应谱卓越周期放大可达5倍;较厚黄土塬平台场地加速度放大可达2倍以上,地震烈度增加1度,对于场地上固有周期0.7～2.0 s和周期大于3.0 s的建筑物地震反应将显著增加。     

强震作用下均质岩质边坡动力响应的振动台模型试验研究

近年来我国地震灾害频发,强震诱发边坡失稳作为地震中最为常见的次生灾害,致使我国的地震滑坡灾害数量位居全世界之首,针对强震作用下岩质边坡动力响应问题,采用铁粉、重晶石粉、石英砂、石膏、水作为相似材料,开展了均质岩质边坡振动台试验。详细分析了均质边坡模型在不同频率和幅值地震波输入下的地震动响应特征,发现当频率较低时,沿坡表水平距离方向上监测点的水平加速度放大系数是单调增大的,坡肩处水平加速度放大系数达到最大值,当频率进一步增大接近或者超过模型自振频率时,边坡模型不再呈现出典型的放大现象;相同幅值不同频率加载条件下,均质边坡模型的自振频率变化整体不太明显,而输入加速度幅值的变化对自振频率的影响更为显著,低频成分对模型损伤不明显,高频及自振频率附近频段对均质边坡的损伤更为强烈,导致模型的自振频率显著下降。该问题的研究对强震作用下岩质边坡地震动响应及变形破坏机理研究具有一定的指导意义。     

地震荷载作用下危岩体边坡动力响应及失稳机理探讨

采用连续介质快速拉格朗日分析方法,模拟了含单一顺坡向结构面的危岩体边坡在地震荷载作用下的动力反应。基于时程分析法,分析了其动力响应规律,并简单探讨了失稳机理。发现了危岩体边坡的加速度和速度存在竖直放大效应和临空面放大效应。受结构面的影响,加速度、速度、位移和剪应力等的不连续现象明显,危岩体边坡的水平位移峰值在结构面以下向上逐渐减小、跨过结构面时突然增大、在结构面以上又向上逐渐减小,而危岩体上的位移放大系数明显比母岩上的大。有助于进一步研究结构面的动力特性和危岩体边坡的动力失稳机理。     

滚石冲击荷载下棚洞结构动力响应

钢筋混凝土棚洞结构是西部滚石灾害多发区最为有效的滚石防护结构,一般通过在棚洞顶部铺设一定厚度的砂砾石垫层来达到缓冲吸能的目的。在棚洞结构设计中,确定滚石冲击力大小是关键,而目前国内外尚无合理的计算公式,严重地影响了滚石棚洞结构工程应用。由于滚石冲击能量大,冲击时间短暂,涉及到结构大变形和复杂的能量转换关系,因而滚石冲击荷载下棚洞结构的动力响应研究难度较大。以实际滚石棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击过程进行了数值仿真,研究滚石在不同冲击角度下棚洞结构的动力力学响应,为滚石防护工程设计提供理论基础。     

基于加卸载响应比理论的矿柱动力稳定性分析

利用有限差分程序FLAC建立连续和并排的两类非均质矿柱模型,对矿柱在动力载荷循环作用下的破坏过程进行全时程动力分析。将加卸载响应比(LURR)理论引入矿柱动力稳定性分析中,以施加的动力载荷对矿柱作用的周期性变化作为加载量,以矿柱特征点的位移变化和破坏单元的弹性应变能的演化规律作为响应参数,建立矿柱的加卸载响应比模型,确定矿柱在动力载荷作用期间的加卸载响应比时间序列。计算结果表明,矿柱整体上处于稳定状态和趋于失稳时,其加卸载响应比Y值表现出不同的特征,通过对Y值的分析对矿柱的稳定状态进行评价,预测是否临近峰值承载能力,表明在矿柱动力破裂过程数值模拟分析中引入加卸载响应比是矿柱破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法。     

压力型锚杆支护滑坡的地震动力响应特性研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应特征及压力型锚杆的受力机制,采用ABAQUS有限元软件建立了压力型锚杆联合格构梁支护的锚固滑坡模型,在此基础上,分析了锚固滑坡的加速度响应规律、地震动参数对加速度响应的影响以及压力型锚杆的受力特征等。结果表明:地震作用下锚固滑坡具有明显的高程放大效应,坡顶响应最强;不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同,锚固滑坡对输入地震波的低频段存在放大作用,对高频段具有滤波作用;随地震波幅值的增大,锚固滑坡的加速度响应呈先减小后增大的趋势。对于同一根锚杆而言,锚杆杆体轴力分布较均匀;对于同列不同排的锚杆而言,各排锚杆杆体的轴力值差异较大,自上而下呈"C"型分布,底排锚杆和顶排锚杆承担大部分荷载。研究结果对于压力型锚杆支护滑坡的抗震设计具有一定的指导意义。      

动力时程响应的加卸载响应比描述研究

借鉴地震预报中的加卸载响应比理论,将作用在动力模型上的地震力视为加卸载,采用动力有限单元法和加卸载响应比理论开展全时程动力分析,建立了地震加卸载响应模型,采用相对位移(速度、加速度)作为响应参数,对地震过程加卸载响应比理论在动力响应预报方面进行了有益探索。结果表明,由于相对响应参数比绝对响应参数更能体现动力模型的变形趋势,反映动力荷载的作用机制;以加卸载响应比判断地震稳定性,是可以反映动力响应程度大小的一种有效方法。     

基于间接边界元方法的SH波倾斜入射下边坡动力响应特征

地震作用下山体边坡的动力响应规律与地震波入射角度显著相关,本文基于间接边界元方法研究SH波倾斜入射下边坡的动力响应特征.基于间接边界元理论研发了用于边坡岩体动力响应分析的边界元程序,通过计算平直裂隙对弹性波的反射及散射波波场对程序进行验证,并详细探讨了不同类型的边坡在各种入射角度的应力波作用下的响应特性.SH波铅直向入射时,半圆形凹陷地形的谷肩位置地震动振幅最小,而半圆形凸起地形的最高点位置振幅最大,单面坡的坡肩位置地震动最大,楔形凸起地形的坡顶地震动最强烈;当SH波入射角增大,各类边坡的最大地震动力响应位置也有所偏移,地震放大系数亦随之变化;以樟木镇边坡为实例揭示了复杂形态边坡岩体中的局部凸起对地震动的放大作用.研究结果表明,边坡微地形特征对地震动力响应影响非常大,凸起山体坡顶的动力放大效应最为显著;同一边坡在不同入射角地震波作用下产生的动力放大系数以及发生的位置不同.本文的研究结果对评价坡体稳定性和边坡工程抗震防设等具有重要的指导意义.      

强震作用下岩质斜坡动力响应特性的大型振动台试验方案设计

为了深入研究斜坡变形破坏机理,为汶川地震诱发次乍地质灾害提供理论解释,通过振动台试验模拟汶川地震过程.在参考已有实验和研究成果的基础上,对大型振动台物理模型进行设计,介绍模型箱、模拟范围、模型相似关系、模型岩层材料、各监测断面的位置和传感器的布置,编制地震波加载制度.结果表明,拟定的大型振动台模型试验设计方案是合理的.     

四川攀枝花机场12#滑坡动力响应数值模拟分析

本文以攀枝花机场12#滑坡Ⅱ-Ⅱ’断面治理工程为研究对象,以有限差分软件FLAC3D为研究工具,通过对坡体以及支挡结构的动力响应分析,得到如下结论:(1)坡体各测点峰值加速度出现时间稍微落后于输入地震波的峰值时间,表明由于边坡材料的阻尼作用,边坡动力响应存在滞后现象;(2)加速度放大系数总体随高程增加而增加,具有明显的高程放大效应。且突变点的存在表明支挡结构对于边坡的加速度放大效应具有一定的抑制作用;(3)外凸边坡处加速度响应较其他位置更为强烈,体现了明显的临空面放大效应;(4)地震对于抗滑桩桩身弯矩以及锚索预应力的影响不大,表明锚索抗滑桩加固边坡具有一定的抗震作用。     

基于带状震源破裂机制的斜坡动力响应

对紧邻发震断裂带的崩滑体进行动力响应分析时,考虑断裂带宏观破裂机制,即带状震源形成的地震动力作用对斜坡的影响更符合实际。依据汶川地震震源破裂机制与其空间位置差异,将该带状震源从发震断裂起破点至终破点依次分段为逆冲震源、逆冲兼少量走滑震源、逆冲兼走滑震源与走滑兼少量逆冲震源,基于此对汶川地震触发的四川安县大光包崩滑体在龙门山发震断裂带即带状震源作用下的动力响应特征进行了离散元数值模拟,揭示了其动力形成机制、触发主控因素和损伤、崩滑及堆积动态特征。研究表明：（1）依据该崩滑体离散元数值模型临界崩滑状态形成时间与此时发震断裂带破裂前锋所处位置关系,可判断其临界破坏是受到逆冲兼少量走滑震源引起的地震动力作用所致,而临界崩滑之前的坡体损伤主要由纯逆冲震源所致,其后的抛射碰撞破碎与堆积则主要受临界破坏时的地震惯性力和自身重力耦合作用所致,但由逆冲兼走滑与走滑兼少量逆冲震源形成的地震力仅对上述两个破坏过程起到了一定影响;（2）该崩滑体在带状震源作用下的动力响应过程为：在损伤至崩滑临界破坏阶段,坡体整体向其临空面发生了较大程度的水平位移后,潜在滑床又向坡体临空面反方向发生了一定程度的水平位移,致使潜在滑体完全破碎并处于与滑床彻底分离的临界状态;在坡体崩滑抛射阶段,坡体滑床发生了相当规模的反方向水平位移,其后滑床又开始做向坡体临空面方面的水平位移并直至其总体位移为0,而在此过程中竖向位移相对较小。对滑体而言,其在损伤、临界崩滑和抛射阶段则主要做向其临空面的水平位移,直至堆积自稳阶段其位移趋于稳定;（3）该坡体的损伤和临界崩滑破坏主要受纯逆冲震源及其少量走滑震源形产生的水平地震力作用所致,而在坡体抛射碰撞破碎与堆积阶段,滑体的动力响应主要是基于地形因素控制上的地震惯性力与自身重力作用所致,而后两种类型震源机制形成的水平和竖向地震力仅起到一定影响。     

地震作用下高陡岩质斜坡动力响应规律研究

在西南山区高陡单面斜坡研究基础上运用FLAC3D有限差分法对双面斜坡的动力响应规律进行分析,研究了斜坡坡高、坡角及顶宽变化对响应规律的影响,结果发现:对斜坡输入不同中心频率Ricker子波时,坡体卓越频率整体处于1~4 Hz之间,且斜坡不同部位卓越频率不尽相同。从规律上看,坡高决定了斜坡动力响应的表现形式,体现在坡高较低时加速度放大系数等值线平行于坡底而增大后变为平行于坡面展布的闭合区域,反映在放大效果上即为加速度随坡高线性增加（坡高较低时）,而后呈现增减反复出现的情况（坡高较高时）;另外,坡角增大未影响斜坡动力响应的表现形式,仅改变了斜坡内部放大系数等值线的走向,使得陡倾斜坡加速度水平及竖向放大效果均大于缓倾斜坡。双面斜坡随坡形变化的动力响应规律与单面坡近乎相同,但由坡形改变所致地震波反射与折射现象使得双面坡对地震波的放大效果更加明显,表现为放大系数等值线密集程度增大,加速度较相同单面斜坡成倍增加。      

强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应与破坏模式研究

以陡倾顺层岩质边坡为研究对象,采用振动台模型试验与FLAC^3D数值模拟方法,对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应规律和变形破坏模式进行了研究。研究结果表明：陡倾顺层岩质边坡在坡表及坡内竖直方向的加速度响应均表现出高程放大效应,而水平方向上的加速度响应则表现为趋表效应;输入波类型对边坡模型加速度响应有显著影响,正弦波作用下的加速度响应明显强于天然地震波;加速度放大系数随地震波振幅的增大,呈现先增大后减小的变化规律;地震波加载持续时间对陡倾顺层岩质边坡加速度响应的影响较小。对模型试验和数值模拟中边坡变形破坏特征的分析,得到陡倾顺层岩质边坡在强震作用下的破坏模式为：地震诱发-坡表岩层出露处岩块松弛张裂-坡肩岩层处拉裂张开-坡面中部出现剪切裂缝-裂缝逐渐贯通-发生多级高位滑坡。     

落石冲击荷载作用下的桩板拦石墙结构动力响应

桩板拦石墙是针对2008年"5·12"汶川震区高陡斜坡带高位落石灾害难以实施主动加固,而在拟设拦挡部位所采用的一种被动防护措施,适用地形坡度介于25°~35°。为研究此类桩板结构在落石冲击荷载下的动力响应,采用有限元与无限元耦合进行数值模拟,结合经典弹塑性理论,系统分析了桩板拦石墙在不同冲击工况下弹塑性加载与卸荷回弹过程中冲击力、贯入深度、结构耗能效果等特征参量,明确了结构的抗冲击特性。结果表明,本文采用的"无限元"边界可以有效地减小应力波在人工截断边界处反射造成的误差。在冲击速度为10 m·s-1、15 m·s-1、20 m·s-1、25 m·s-1的情况下,本文计算冲击力的大小分别为1.9 MN、2.5 MN、3.1 MN、3.7 MN,结果与Kawahara模型一致,但较Labiouse模型和Hertz弹性解大。根据混凝土损伤理论,提出了损伤等级分类,有效地量化结构破损程度。当速度大于20 m·s-1时,桩、板混凝土拉压损伤严重,结构存在丧失承载力的风险。本文的计算方法与结果可为相关结构设计提供实际指导。     

福建沿海地区场地土对地脉动动力响应的研究

以福建省泉州市区和福州市区场地土的动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,通过对这两个地区的地脉动信号的频谱分析获得频谱结构特征,由此来深入研究该地区岩土的动力特性及场地土层的地脉动动力响应。通过场地脉动的测试,利用快速傅立叶变换(FFT)方法对观测到的地脉动信号进行频谱分析。根据实际观测资料研究了地脉动频谱结构特征及场地土对地脉动的频率响应的特性。研究不同地基土层构造与地脉动的频率依赖以及频率选择作用。结果表明,地脉动的频谱特性与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;覆盖层厚度是影响地脉动卓越周期的重要原因,其中软土层对地脉动的卓越周期有一定的放大作用。