地震作用下锚固滑坡动力响应研究

为研究地震作用下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,研究在逐级增大加载强度条件下锚固滑坡的动力特性、加速度响应及地震动参数对加速度响应的影响等动态响应特征。结果表明:①地震作用下,锚固滑坡的破坏形式主要为框架之外素土部分上部的张拉破坏和坡底的剪切破坏。②锚固滑坡对输入地震波具有放大作用,且沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势。③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。低强度地震波作用时,输入波的频率越接近锚固体的自振频率,坡面加速度放大效应越强;高强度地震波作用时,输入波的频率越低,坡面加速度放大效应越强;低频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越强;高频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越弱。研究结果对锚固滑坡的抗震设计具有一定的参考意义。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

考虑含水率影响的花岗岩残积土边坡地震响应分析∗

基于室内直剪试验,得到不同含水率下花岗岩残积土的强度参数,并采用有限差分软件研究了花岗岩残积土边坡在不同含水率(13%、17%、21%、25%)和地震加速度峰值(0.05g、0.1g、0.2g、0.4g)下的位移场、加速度场和锚杆轴力变化规律。结果表明:在EL波作用下,边坡水平位移主要集中在残积土层内。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处坡体水平位移越大;PGA放大系数随着坡高的增加而增大,且表现为趋表放大效应。含水率越高、地震峰值加速度越小,同一位置处PGA放大系数越大;预应力锚杆最大轴力位于锚头处,且轴力沿自由段变化较小,而在内锚段由始端向末端逐渐减小。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处锚杆轴力越大。当地震加速度峰值较小时(PGA=0.05g),坡脚处锚杆轴力最大,当地震加速度峰值较大时(PGA=0.4g),坡顶处锚杆轴力最大。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力响应特性研究

采用有限元分析软件建立一个通过大型振动台模型试验验证的边坡动力数值分析模型,研究了地震作用下含小净距隧道岩石边坡的动力响应规律,探讨了隧道结构对边坡动力响应规律的影响。结果表明:1)边坡加速度峰值放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,存在临空面放大作用,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用,对低频段地震波存在放大作用;2)因小净距隧道的存在,含小净距隧道边坡的坡面加速度分布较无隧道边坡表现出明显的非线性高程特性,其坡体最大水平和竖向位移总体上小于无隧道边坡;3)强震作用下坡顶和结构面附近水平位移最大,两隧道中夹岩处及偏压侧隧道左侧拱脚处易发生拉裂破坏和剪切破坏。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

不同含水率下考虑筋土界面刚度软化的加筋边坡地震响应∗

加筋土结构具有较好的整体变形协调能力以及抗震性能，被广泛应用于边坡工程中。基于不同含水率下残积土及筋土界面室内直剪试验数据，在有限差分软件中考虑不同含水率下土体和筋土界面抗剪强度参数，并通过 FISH 语言编程在数值计算中实现筋土界面剪切刚度动态变化过程，分析加筋边坡在不同含水率、筋材长度、筋材间距及地震峰值加速度工况下的位移、应力、加速度响应。模型计算结果表明：相比不考虑筋土界面刚度软化情况，考虑筋土界面剪切刚度软化情况下含水率对加筋边坡水平位移和加速度放大系数的影响较大；坡面侧向位移、 坡顶沉降和筋材拉应力与回填土含水率呈正相关，加速度放大系数与含水率呈负相关；在一定范围内增加筋材长度能够有效降低加筋边坡坡面的水平位移；筋材间距对含水率越低的加筋边坡坡面侧向位移影响越大；地震峰值加速度越大，含水率对坡面水平位移影响越大。     

SV波引起的水下输水隧洞平面地震响应研究

采用波函数展开法,给出了SV波入射引起的水下圆断面输水隧洞平面地震响应问题的解析解,并着重讨论了SV波入射时入射波传播角和地表水深对隧洞结构动力响应的影响。结果表明,当入射SV波的传播角小于临界角时,水下输水隧洞衬砌的动力响应随入射SV波传播角的增大而增大,而当SV波入射角大于临界角时,衬砌动力响应则随入射SV波传播角的增大而减小;在SV波入射时,水下输水隧洞衬砌的动力响应峰值随地表水深的增大而略有减小,但地表水深的改变对衬砌动力响应的分布影响不大。     

SV波引起的水下输水隧洞平面地震响应研究北大核心CSCD

采用波函数展开法,给出了SV波入射引起的水下圆断面输水隧洞平面地震响应问题的解析解,并着重讨论了SV波入射时入射波传播角和地表水深对隧洞结构动力响应的影响。结果表明,当入射SV波的传播角小于临界角时,水下输水隧洞衬砌的动力响应随入射SV波传播角的增大而增大,而当SV波入射角大于临界角时,衬砌动力响应则随入射SV波传播角的增大而减小;在SV波入射时,水下输水隧洞衬砌的动力响应峰值随地表水深的增大而略有减小,但地表水深的改变对衬砌动力响应的分布影响不大。     

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。     

基于均匀设计的边坡敏感性灰色关联分析

边坡工程是一个非线性的复杂系统,常用的线性分析模型不能够真实地反映边坡的客观规律。基于均匀设计的边坡稳定性影响因素灰色关联分析不仅考虑了各因素间的交互作用,而且用非线性的数据评价模型来分析试验结果,较真实地反映了边坡的破坏规律。以一均质土坡为例,选取容重、内摩擦角、黏聚力、坡角、地震加速度等5个因素为子序列,稳定性系数为母序列设计数值试验和灰色关联分析。结果表明在抗震设防烈度为7度以下的一般岩土体地区的常见均质土坡或松散堆积体岩土质边坡中,各因素对稳定性的关联度大小依次为:黏聚力>内摩擦角>地震加速度>重度>坡角,该结论对边坡工程治理具有一定的指导意义。     

地震作用下BFRP锚固结构动力响应试验研究∗

地震作用下锚固结构动力响应研究的是锚杆(索)杆体-注浆体、注浆体-围岩之间的动力学作用机制,是岩土锚固工程的研究重点和发展趋势.通过振动台模型试验,研究了地震作用下BFRP锚固结构的动力响应,利用粘贴在BFRP锚索杆体上的应变片,测得地震波激励过程中不同高度位置、锚固深度锚索断面上的应变波响应,对锚固段内BFRP锚索沿锚固深度轴力峰值和应变波时程曲线进行了分析.结果 表明:(1)BFRP锚固结构的动力响应与输入地震波强震段的发生时间和持续时间基本一致;(2)随着输入地震波加速度峰值的增大,BFRP锚索轴力峰值在数值上随锚固边坡屈服状态发生变化,其中锚固段前半段受影响较大;(3)锚索残余轴力受地震作用的影响,随着锚固结构内测点位置相对高度的增大而增大,这一现象在靠近锚固体端部的位置更为明显,在工程应用中应重点关注锚固段端部注浆材料损坏而导致的锚固系统失效破坏.通过小波包分解得到锚固结构的应变波主频,进一步表明了锚固体端口、中部、尾部的主频差异较大,会导致锚索与注浆体之间出现"差拍"作用,引起锚索与注浆体之间的不协调运动,导致锚固体内第一界面不断地受剪揉搓,形成损伤到破坏的时间累积效应.     

地震波斜入射下土质边坡的稳定性分析*

地震诱发的边坡失稳是重要的地质灾害类型之一,数值方法是对地震边坡进行分析的一项重要工具。基于黏弹性人工边界,通过将地震记录转化为等效地震荷载实现地震波在场地中的施加;并采用Mohr?Coulomb准则模拟土体的非线性特征。根据非线性有限元软件ABAQUS,建立了双面边坡的数值模型,通过分析地震波在不同角度入射下不同坡角边坡的地震响应,讨论了地震波入射角以及边坡坡角对破坏的影响。结果表明,地震波入射角和边坡形状改变了地震波在坡体内的传播规律,因此影响了边坡的破坏。随着地震波入射角的增加,靠近波源一侧坡面的滑动位移和滑动区域逐渐增加,而远离波源一侧的滑动位移和滑动区域逐渐减小。边坡坡度的增加引起坡面危害的逐渐加剧。本文讨论了不同尺寸边坡在不同地震作用下的破坏规律,从而为地震诱发边坡的失稳破坏提供了理论支撑,具有重要的现实工程意义。     

基于大型振动台试验的偏压隧道地震响应特性研究

基于动力模型相似理论,设计了一个尺寸为1∶10的偏压隧道模型进行大型振动台试验,研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。试验结果表明:偏压隧道竖向加速度响应与地震波、振幅和测点位置有关,且对激振加速度有放大效应,但随输入加速度峰值的增大而减小,受临空坡面放大效应的影响,同一高程靠近坡面的偏压侧放大系数大于非偏压侧(除拱脚外);水平向加速度响应主要与测点位置关系较大,受波形和振幅影响较小。衬砌在地震作用下主要承受拉应力,主应力随输入加速度峰值的增大而增大,非偏压拱脚主应变值最大是抗震设防的关键部位。     

含隧道岩石边坡在地震作用下动力响应特性研究

根据动力有限元原理,利用软件Midas/GTS对某一山岭高速公路隧道边坡,模拟有无锚杆加固两种工况,进行了地震荷载作用下的动力响应分析,获得了位移、加速度、锚杆轴力及隧道的动力响应规律。结果表明:边坡岩体对地震加速度存在放大作用,锚杆在一定范围内能有效抑制这种放大作用;锚杆加固岩质边坡主要体现在对地震作用下坡顶岩体产生拉剪破坏的嵌固作用,来约束周围岩体的位移,锚杆支护设计的关键在于充分发挥锚杆的延性;在地震作用下隧道动力响应由洞口向衬砌内部,拱脚向拱顶呈放大趋势,衬砌内出现明显的应力集中现象。     

边坡稳定性影响因素主成份分析

以一均质土坡为例，运用正交设计试验方法和主成份分析数值处理方法对边坡稳定性影响因素的主成份分析，克服了传统方法大量试算的困难，考虑了各因素问的交互作用，定量给出了各主成份对边坡稳定性影响的贡献。研究表明，在常见的均质土坡或松散堆积体岩土质边坡中，粘聚力、摩擦角和坡高对边坡稳定性影响的贡献最大；在抗震设防烈度为7度以下的一般岩土体地区，土的重度和地震加速度对边坡稳定性的影响贡献较小。     

SV波斜入射陡坎地形对地面运动的影响

采用有限元数值模拟方法探讨了在SV波斜入射时,入射角度θ、入射方向和陡坎坡角α等参数变化对陡坎场地地表震动加速度峰值放大系数影响。结果表明:1)对x分量,从陡坎底部到陡坎顶部,放大系数逐渐增大,入射角度、坡角和入射方向没有影响;对z分量,放大系数分布规律相对复杂。2)入射角度θ一定时,无论地震波顺着陡坎方向(左)入射还是逆着陡坎方向(右)入射,陡坎上侧的放大系数大于陡坎下侧的放大系数。同时,放大系数随着坡角α的增大而增大。3)坡角α不变,地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数随着入射角的增大而减小,z分量的放大系数随着入射角的增大而增大。4)地震波逆着陡坎方向(右)入射时,x分量放大系数随入射角的变化与输入波有关,但最大值基本在陡坎上侧边缘。z分量放大系数随入射角的增大而增大,最大值的位置无一致规律。5)地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数比地震波逆着陡坎方向(右)入射时的小,z分量与之相反。     

双仓地下管廊抗震性能振动台试验研究∗

借助振动台试验系统,应用 El Centro 原始地震波和不同频率正弦波开展了双仓地下综合管廊的相似模拟试验研究,模型中地基土为标准砂。结果表明：管廊侧壁最大动土压力响应沿深度呈倒立“W”形分布,并且在振动过后,管廊结构与周围土体之间的土压力场发生了改变;管廊侧壁沿深度最大加速度响应呈减小趋势,而随输入峰值加速度的增大而增大,由加速度响应时程曲线对比来看,管廊结构与其周边土体的运动模式基本一致;地震过程中结构角部的拉应变响应比各侧边中点更加剧烈,且随输入峰值加速度增大而增大;在 15 Hz 正弦波作用下,场地和管廊结构组成的体系地震响应最显著,各测点之间的地震响应差异在此频率下也最为明显,反映出振动波频率特性对地下结构地震响应的影响规律。     

面板堆石坝地震动最不利输入方向研究

面板堆石坝的抗震研究一般都假定地震动振动方向沿坐标轴主轴方向,不考虑地震动振动方向的不确定性;现行的水工规范对地震动的入射方向也未给出明确规定,工程实践中也无统一标准。以某面板堆石坝为例,采用基于等价黏弹性模型的等效线性分析方法,进行了不同地震动输入方向作用下的地震反应分析,研究比较了24个不同地震动输入方向下面板堆石坝的加速度、动位移和主应力反应。结果说明,在确定的场地波作用下,地震动最不利输入方向并不一定是沿坐标主轴方向;场地波作用下,沿240°方向输入地震动作用时大坝的动力反应最大。在工程设计中不考虑地震动输入方向的计算结果会偏于危险,结论可为类似工程抗震设计提供技术依据与参考。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅱ)——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值(PGA)逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波(经时间相似常数4.47压缩)时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波(经时间相似常数4.47压缩)时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的(潜在)滑动面。     

基于正交设计的边坡稳定性影响因素敏感性分析

边坡的稳定性受多种因素的影响,应用正交设计对影响边坡的多因素进行了敏感性分析。首先对正交设计原理及用于结果分析的极差法和方差法进行了简单介绍,然后结合工程实例,说明了正交设计在边坡敏感性分析中的应用,最后用极差法和方差法对其结果进行分析,得出影响边坡的参数中,敏感性由大到小依次为:地震加速度α,粘聚力c,内摩擦角φ,库水位变化H,容重γ;其中地震加速度α,粘聚力c,内摩擦角φ是对该边坡影响最显著的因素。因此,在边坡治理时应注意地震和降雨对其稳定性产生的不利影响。     

黄土高陡边坡建筑动力临坡安全距离试验研究

针对黄土高陡边坡独特的动力易损性以及黄土地区典型的建筑分布特点,以黄土高陡边坡坡顶建筑物的动力临坡安全距离为研究目标,采用大型振动台模型试验的方法,通过输入振幅逐级增大的地震波,对比分析了坡顶、坡脚处建筑物的动力响应与破坏过程,揭示了强震作用下临坡建筑的失稳特征与动力临坡安全距离。结果表明:坡顶建筑物的破坏程度与动力响应比坡底建筑强烈,随着边坡的破坏,坡顶建筑物有发生向坡面一侧倾覆的风险,滑坡土体最高堆积至坡下建筑物4层高度处;坡顶建筑地基基础呈“不对称式拉剪破坏”,加速度沿楼体高度有放大效应,且随着地震荷载幅值的增大,放大效应更加明显;土与建筑结构相互作用下,坡顶裂缝竖向发展可达50 cm,对照原型,黄土高陡边坡的竖向裂缝深度可达25 m,试验结果与1989年塔吉克斯坦5.5级地震震害相符。坡高为35 m,坡脚角度为70°的黄土高陡边坡,在强震荷载作用下,坡顶多层建筑的临坡安全距离最小值为20 m。