強震作用下含不連續(xù)面高陡巖質邊坡動力響應振動臺試驗研究.pdf

1、對于巖質邊坡的穩(wěn)定性問題，區(qū)域地質情況，特別是邊界區(qū)域巖體內主要構造斷裂體系，及各類節(jié)理組及各類軟弱面的分布及其組合情況，具有極為重大的意義。巖質邊坡在地震荷載作用下的動力響應和穩(wěn)定性問題是當前巖土地震工程和地震工程學研究的熱點問題之一。強震作用下巖質邊坡的動力響應在很大程度上是由不連續(xù)面的幾何分布和物理力學特性決定的。特別是，對于含有順向節(jié)理或逆向節(jié)理的高陡巖質邊坡，地震時發(fā)生崩塌等嚴重破壞極大的影響了周邊建筑結構的安全性。正是由于地

2、質構造、巖體材料、不連續(xù)特性以及地震動的復雜性，導致巖質邊坡的動力穩(wěn)定性問題變得非常復雜。本文針對巖體的不連續(xù)特性以及地震力的動力特性，采用有限元數(shù)值模擬以及大型振動臺試驗等手段，開展了地震波在含不連續(xù)節(jié)理巖體中的傳播特性研究，明確了含不連續(xù)面的高陡巖質邊坡的動力響應規(guī)律，以及其地震荷載作用下的破壞過程和特征，揭示了不連續(xù)面對邊坡穩(wěn)定性的影響。
　　針對含有順向及逆向節(jié)理的巖質邊坡，開展了有限元數(shù)值模擬。對不連續(xù)節(jié)理對地震波的傳播

3、特性的影響以及其對邊坡地震穩(wěn)定性的影響進行了分析。有限元分析采用時域動力分析，考慮不連續(xù)面與周邊巖體界面的多重反射折射。分析了不同時刻的波場分布，由于不連續(xù)節(jié)理與周邊巖體界面的作用，地震波在含不連續(xù)面邊坡中的波場呈現(xiàn)多重反射折射現(xiàn)象，高頻成分卓越，并伴隨著位相的產(chǎn)生，位相與節(jié)理的布設及數(shù)量相關。水平輸入時，順巖分布邊坡在節(jié)理間產(chǎn)生強反射現(xiàn)象，震動持續(xù)時間較長；而逆巖分布邊坡會盡快趨于穩(wěn)定。水平輸入及垂直輸入時的波場分布有著明顯的不同。地

4、震動沿坡面呈放大趨勢，最大值出現(xiàn)在坡尖，沿坡頂向坡內減小。
　　設計并開展了含不連續(xù)面的巖質邊坡大型振動臺試驗研究。利用振動臺對含順向節(jié)理的陡傾巖質邊坡的動力響應規(guī)律進行了研究，特別是對巖質邊坡的動力響應規(guī)律、變形破壞過程和機制分析進行了詳細的討論。在試驗設計階段，通過材料試驗，采用了水泥、砂、鐵粉、粘土與混合劑的配比模擬了巖體材料。采用特氟龍布，利用其表面摩擦系數(shù)極低的特性，模擬了巖質高陡邊坡的不連續(xù)節(jié)理。制作了含有不連續(xù)面的高

5、陡巖質邊坡模型。通過一系列的振動臺試驗，觀察了邊坡模型從裂縫產(chǎn)生發(fā)展到最終滑動破壞的全過程。高陡邊坡模型的破壞可總結為三個階段：裂縫產(chǎn)生階段、坡面剝落階段、沿不連續(xù)面的崩塌階段。滑動面發(fā)生在距離頂部為坡高的1/3處。
　　通過在邊坡不同高程，不同位置布設傳感器，采集了地震動力響應（加速度、壓力、應變）數(shù)據(jù)。進行數(shù)據(jù)處理、對比和分析，得到了不同輸入方向和不同輸入強度時地震荷載作用下含不連續(xù)面的巖質高陡邊坡的加速度、動土壓力和應變響應

6、，分析和總結邊坡模型的動力響應規(guī)律及特征。試驗結果表明，邊坡對輸入動荷載具有放大作用，沿坡面向上，PGA放大系數(shù)呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在坡尖，沿坡頂向坡內減小。坡體內PGA放大系數(shù)在垂直向上稍有放大。PGA放大系數(shù)變化規(guī)律受不連續(xù)節(jié)理分布和動荷載震動方向的影響。動荷載水平向輸入時的最大PGA放大系數(shù)明顯大于垂直向輸入時的最大PGA放大系數(shù)，說明坡體在水平向的動力響應更為強烈。隨著地震動輸入的變化，動力響應在坡體內呈線性放大，在水平向上表