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。     

边坡地震动力稳定性研究进展

回顾了我国边坡地震动力响应规律研究的发展历程,分析了边坡动力响应在边坡剖面上分布的节律性特点,简述了边坡动力失稳机制问题。对分散在大量相关文献中的边坡地震稳定性分析方法进行了归纳,按研究手段和分析原理2个方面进行分类,介绍了当前边坡地震稳定性分析的若干方法,并指出了各种方法的优势与不足。在此基础上,总结了当前边坡地震动力学研究中存在的若干问题,指出了形成以区域地震作用参数为准则的边坡地震动力稳定性评价体系对地震地质灾害的评估预测意义重大,指明了今后的研究方向。     

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。     

坝基地震液化特性及动力稳定性分析

为了考虑水库大坝地基地震液化及动力特性,首先通过室内动三轴试验研究混黏土的粉土、粉砂在动荷载作用下的孔压累积特性,提出了选择双幅应变达到5%作为土样液化的标准;然后采用现场标贯试验和室内动三轴试验对水库坝基中的粉土、粉砂层进行了液化判别,并对判别结果进行了对比分析;同时在液化判别的基础上利用有效应力动力分析方法对坝基土体进行了考虑渗流和不考虑渗流的地震液化的非线性动力有限元分析,并将液化的判别结果与现场标贯试验、室内动三轴试验的判别结果进行对比,从中得出一些有益的结论可供类似工程参考。     

土边坡地震反应及其动力稳定性分析

本文建立了计算土边坡地震反应及评价其动力稳定性的一个数值分析模型，将上边坡在动力作用下的应力状态简化为自重应力状态和附加动力状态的叠加，并对这两个应力状态分别进行研究。本文用时域集中质量显式有限元方法结合多次透射公式，研究了无限域中边坡在动力作用下的位移场和应力场，提出了土边坡动力稳定性的定量评价方法。     

近断层地震动作用下土质边坡动力响应研究

根据汶川地震中滑坡多沿断层分布的特点,利用FLAC有限差分软件建立了一个土质边坡动力数值分析模型,分别研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无速度脉冲的近断层地震动作用下边坡的动力响应.结果表明:含速度脉冲地震动对边坡的破坏作用远强于无速度脉冲地震动,且具有滑冲效应的地震动引起的边坡动力响应稍大于向前方向性效应地震动.近断层地震作用下,边坡水平方向绝对峰值加速度分布存在沿高程放大效应.具有向前方向性效应的地震动会增强边坡加速度的高程放大效应而具有滑冲效应的地震动则在一定程度上削弱了这种放大效应,且边坡中下部绝对峰值加速度值相对于向前方向性效应地震动和无速度脉冲地震动引起的绝对峰值加速度值较大.     

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。     

边坡地震稳定性分析探讨

传统的拟静力法和安全系数时程分析法在评价边坡地震稳定性时存在一定的局限性。在提出准确的评价边坡地震稳定性必需因素的基础上,建议对边坡地震稳定性分析方法重新进行分类。根据动力分析得到的边坡在地震作用下的破坏机制和破裂面的性质和位置,提出基于拉-剪破坏的动力时程分析法和强度折减动力分析法。第一种方法将FLAC计算得到破坏时刻的动应力施加到静力情况下边坡上,采用动力分析得到的拉-剪破裂面,结合极限平衡法求解边坡地震安全系数,是一种改进的动力有限元时程分析法;第二种方法考虑了拉-剪破坏的FLAC强度折减动力分析法,是完全动力的方法。最后通过算例分析验证了新方法的可行性,为边坡地震安全系数计算提供了一种新的思路。     

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。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

加高扩容贮灰场地震响应特性及其稳定性评价

贮灰场主要用于储存燃煤电厂排出的粉煤灰和炉渣,在加高扩容时应特别注意地震作用下的稳定性。通过现场试验和数值模拟手段,研究了某贮灰场加高扩容前后的液化可能性、动力响应及稳定性。结果表明:(a)加高扩容后四级坝的峰值加速度和峰值水平位移相比现状三级坝响应更加显著。(b)子坝坝体粉煤灰不液化,库内可能出现液化。输入地震动峰值加速度越高,库内液化区明显增大,加高扩容后库内液化区域增大。(c)地震作用下贮灰场三级坝与拟筑四级坝的潜在滑动面位置均位于子坝坝系。随拟筑四级坝高程增加,最小安全系数减小。根据该贮灰场Ⅷ度抗震设防烈度要求,加高扩容前后贮灰场的稳定性均满足抗震规范要求。研究成果可为贮灰场加高扩容后的抗震设计提供理论依据。     

地震作用下土质边坡类型划分

本文研究分析了多种因素对土质边坡地震稳定性的不同影响程度,认为影响作用较大的前8个因素分别为坡度、坡高、斜坡结构类型、降水、水系距离、黏聚力、内摩擦角和地震动参数.利用层次分析法计算各因素的影响权重,以综合性、操作性和适用性为原则,将影响权重较高的因素作为划分指标,将土质边坡划分为4大类,每大类中再根据坡度的大小划分为缓坡、缓陡坡、陡坡和急坡等4个亚类.划分结果可为地震作用下土质边坡稳定性的评价提供参考依据.      

基覆边坡地震稳定性分析

为了分析基覆边坡即含基岩和覆盖层的边坡在地震作用力下的稳定性,采用数值模拟手段计算了边坡几何形态、地震波特征等因素对边坡稳定性的影响。计算结果显示:在加速度峰值为140cm/s2的地震作用下,60m高基覆边坡的临界坡度约为27°,即坡度达27°时边坡失稳。坡度为29°的基覆边坡其临界高度约为48m,因此用幂函数关系拟合了临界值状态下基覆边坡高度及坡度的关系,拟合公式为y=5×107x-4.132,其中x为边坡坡度,y为边坡高度。对于地震作用下对基覆边坡稳定性的影响程度而言,边坡高度的变化最敏感,其次为边坡坡度,最后为地震作用的加速度峰值。     

地震作用下不同类型夯土长城的动力响应及稳定性分析

为了研究不同类型长城在地震作用下的动力响应特征及抗震稳定性,选取了黄羊河农场段长城、金川西段长城和长城博物馆段长城作为研究对象,通过室内土工试验得到了这3段长城的基本参数,并运用Midas-GTS软件分别建立数值模型,并输入山丹—民乐6.1级地震波判断不同长城段的动力响应及稳定性。结果表明:黄羊河农场段长城加速度和位移最大值都位于墙体右上侧,墙体最大拉应力在墙体底部,整体稳定;金川西段长城加速度和位移随高度的增加而增大,拉应力最大处在掏蚀部位,在地震作用下不稳定;长城博物馆段长城在通道上部加速度和位移最大,最大拉应力位于通道周围,在地震作用下不稳定。     

地震作用下边坡稳定性分析

考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,利用动力有限元时程分析方法对边坡在地震荷载作用下的动力特性进行了分析,采用最小平均系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析。对某工程实例计算结果表明该分析方法的可行性,可为地震作用下边坡工程设计工作提供一些有益的参考。     

高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度响应的动力离心试验研究

为研究高聚物防渗墙土质堤坝地震加速度反应规律,采用El Centro波,在0.05 g、0.1 g、0.2 g和0.4 g工况下进行了高聚物防渗墙土质堤坝和传统刚性防渗墙—混凝土防渗墙土质堤坝的离心机振动台的对比试验。试验采用非等应力离心模型,利用加速度传感器测量了坝体不同位置的加速度时程响应。结果表明:高聚物防渗墙土质堤坝峰值加速度随输入地震动增加而增加,随坝高增加而增加,最大峰值加速度在坝顶上;高聚物防渗墙土质堤坝最大峰值加速度随输入地震动的增大呈线性增加趋势,而最大峰值加速度放大系数随输入地震动增大而减小;从模型试验的角度来看,在同等水平地震作用下,混凝土防渗墙土质堤坝抗地震加速度反应能力好于高聚物防渗墙土质堤坝,但在强震下混凝土防渗墙体发生了破坏,这一点可由附近土体加速度突增判断。     

地震作用下黄土边坡动力响应的时频特征分析

地震作用下黄土边坡的动力响应特征与变形失稳机制是具有重要理论与实践意义的课题,但从动力响应频谱特性方面开展的研究还相对较少。以大型振动台模型试验获得的黄土边坡地震动峰值加速度数据为基础,通过分析其变化规律,着重从频谱特性的角度分析,讨论黄土边坡的动力失稳机制。进一步通过对坡面不同高程测点、边坡内部垂直方向以及水平方向上测点的加速度时程进行绝对加速度反应谱分析,从频谱变化角度提出黄土边坡的动力失稳机制。研究表明,黄土边坡在地震动作用下的响应过程可以分为三个阶段：弹性阶段、塑性阶段与破坏阶段;黄土边坡进入破坏阶段时均会伴随反应谱峰值的增幅或者主周期的变化,在弹性阶段反应谱加速度峰值增幅与输入地震动幅值增幅一致,进入塑性阶段后反应谱峰值增幅比输入地震动幅值增幅小;研究提出将反应谱首峰的凸显情况作为坡体破坏程度的判断依据之一。     

生态框架结构加固浅覆盖层边坡的地震动力响应

针对川西峡谷区公路沿线广泛分布的浅覆盖层边坡形式,并结合地区特点及边坡震害现象,设计了一种新型生态耐震型框架结构,并开展了缩尺比例为1:10的大型振动台模型试验。研究结果表明：（1）坡面和基岩面的加速度峰值（PGA）放大系数和Arias强度放大系数随高程和激振强度均表现出相同的变化规律,Arias强度放大系数适用于表示高程放大效应,而PGA放大系数在分析激振强度的影响时更有优势;（2）利用传递函数和傅里叶谱值比识别出了边坡的4阶自振频率,随着地震波加载进行,各阶自振频率均有所下降,边坡对与其自振频率接近的地震波表现出选择性放大作用;（3）边坡高程对地震波能量具有聚集效应,能量谱幅值沿浅覆盖层表面呈递增趋势,能量分布有由低频向高频转移的趋势;（4）生态耐震型框架结构的整体稳定性较好,强震作用易造成坡肩和框格内发生剥落、掉块现象,应结合植被护坡技术以实现更好的生态防护效果。     

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。     

单体边坡地形的地震动力响应及其放大效应的数值分析

本文采用隐式动力有限单元法研究了不同的边坡角度和边坡高度对地形放大效应的影响,并以位移峰值放大系数为衡量地震动放大效应的标准,计算了不同边坡角度和边坡高度条件下的地震响应,在此基础上对模型关键监测点的输出波形以及位移峰值放大系数的变化趋势进行了分析,获得了不同监测点处的地震动时程曲线,揭示了坡角和坡高对单体边坡地震动放大效应的定量作用规律。数值结果表明,相同高度处坡面监测点的水平向位移峰值放大系数大于坡内监测点的,地形放大效应在水平方向具有趋表效应。由于坡面存在入射波和反射波的叠加,因此竖直向位移峰值放大系数的最大值出现在坡体内部。