浅谈地震参数对路堑边坡稳定性的影响

针对近年来频发的地震边坡破坏问题,重点分析了地震自身参数包括震级、地震烈度、峰值加速度、地震频率、持续时间、振幅等对路堑边坡稳定性的影响,对工程建设具有一定的参考意义。     

浅谈桩板式挡土墙的设计与应用

桩板式挡土墙是在桩间设置挡土板等结构来稳定土体的支挡结构,承受荷载主体为抗滑桩,因其结构特点,有着施工作业面小、占用土地少的优势,多应用在铁路支挡、山体边坡治理及房屋建筑中.滨海公路某路段受占地条件限制,无法进行路堑边坡开挖,经过技术比选,采用桩板式挡土墙进行路堑支挡,既解决了占地问题也最大程度地保证了边坡稳定.     

考虑抗滑桩及挡土墙支护结构影响的降雨诱导边坡失稳模型试验研究

在无支护和有支护(加设抗滑桩及挡土墙)的条件下开展了降雨对边坡稳定性影响的模型试验研究。以实际工程边坡为原型,在常规重力1 g条件下设计了试验模型。试验结果表明:在有支挡结构条件下,降雨对坡体竖向和水平位移的影响均很小,表明支挡结构对边坡坡面位移的限制作用明显。通过比较降雨对坡面和内部位移的影响,发现坡面位移变化远大于内部位移变化,加设支挡结构以后坡体变形主要是雨水对坡面的冲刷造成的。     

支挡结构抗震设计的2个关键技术问题

对“5·12”汶川特大地震四川灾区约3000km公路和铁路支挡结构的破坏类型、破坏模式进行了全面调查．根据调查结果,对支挡结构的性能设计和挡土墙墙背地震土压力作用点位置这2个问题进行了讨论,提出支挡结构的抗震设计应考虑墙体位移对支挡结构抗震设计三级设防的要求．对支挡结构的抗震性能可做如下规定：性能要求1：与多遇地震水平一致,位移指数在1．0％以内;性能要求2：与设计地震水平一致．位移指数在3．5％以内;性能要求3：与罕遇地震水平一致,位移指数在6．0％以内．研究表明,地震作用下墙背土压力作用点距挡土墙底的高度为0．45—0．63倍墙高,作用点位置与墙高和墙后土体的性质有关．     

地震作用下特大型桥梁嵌岩桩基础动力响应

依托铺前大桥实体工程, 基于人工质量模型和桩-土惯性相互作用机理, 通过振动台模型试验, 选用叠层剪切式模型箱, 模拟了自由场在地震作用下的振动反应, 分析了0.15g ~0.60g (g为重力加速度) 地震动强度下大直径桥梁嵌岩桩基础加速度、相对位移、弯矩等响应特性和损伤情况等。研究结果表明: 桩基础加速度峰值从桩底至桩顶呈增大趋势, 加速度放大系数随地震动强度的增大逐渐减小, 输入地震波为0.55g 时, 桩顶加速度放大系数趋于稳定值1.34;桩顶加速度时程响应频率低于桩底加速度时程响应频率, 上部覆盖层对地震波的放大作用和滤波效应明显; 随着地震动强度的增大, 桩顶相对位移峰值近似呈线性增大, 在0.15g ~0.60g 地震动强度下, 桩顶相对位移峰值变化范围为1.97~6.73mm; 桩基础弯矩沿桩长呈“3”字形变化, 上部软硬土层分界处和基岩面附近弯矩达到峰值, 并随地震动强度的增大而增大, 地震动强度为0.50g 时达190.9kN·m, 超过桩身抗弯承载力; 桩基础基频随地震动强度的增大呈整体降低趋势, 在0.50g 地震动强度下, 其基频较0.35g 地震动强度下低50.1%, 桩基础产生损伤; 桩顶与承台连接处、上部覆盖软硬土层界面和基岩面附近桩身在地震作用下易产生裂缝, 桥梁桩基础抗震设计时应着重考虑。      

双面高陡边坡的地震滑坡响应分析

为了研究双面高陡边坡破坏机理,以国道G213左侧双面高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法CDEM和振动台试验,模拟了高烈度地震作用下,双面高陡边坡上的坡积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程.研究结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡;在材料参数等外部条件相同的情况下,坡腰处滑体先于坡脚处滑体发生滑塌,滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后;以输入地震波为基准,不论是陡坡地形、缓坡地形还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应大于水平峰值加速度的放大效应,陡坡地形峰值加速度的放大效应大于缓坡地形峰值加速度的放大效应,也大于坡体内峰值加速度的放大效应.      

桩板式挡墙在半路半隧工程中的应用

为了研究山岭重丘区公路建设中遇到的半路半隧的路基侧边坡防护问题,结合具体工程实例,介绍了半路基半隧道工程中路基侧的支挡防护方案,经比选提出了相应的较优的设计方案,并采用数值分析方法建立了路基侧边坡的计算模型,分析了深开挖条件下边坡的安全性,并阐述了半路半隧的桩板式挡土墙的设计过程及施工要点,指出桩板墙可以有效地解决隧道偏压以及路堑边坡高挡墙的路基挡护问题。     

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.      

预应力锚索在公路边坡支护中的应用研究

在山岭重丘区高速公路的施工中,路堑边坡较高,土石方开挖方量大,在坡体岩层松散、破碎、地质条件较差的地段,高边坡的开挖扰动破坏了原地层结构,开挖边坡将坡体天然支挡部位切掉,对边坡的稳定性造成了破坏,容易引发山体滑坡、岩塌等地质灾害,直接影响高速公路的施工及运营安全。采用预应力锚索对高边坡进行支挡防护施工,并对防排水进行综合治理,是当前在路基高边坡设计或施工中普遍采用的边坡治理方案。     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

含倾斜夹层场地动力响应的大型振动台试验研究

为了研究含倾斜夹层场地在地震作用下的动力响应及为可能的场地加固提供指导,基于大型振动台模型试验,研究了含倾斜夹层场地在El Centro地震波作用下的加速度、应变及位移响应特征,同时通过频谱分析讨论了夹层对场地稳定性的影响,并用拟静力分析得到场地的启动临界加速度及场地的稳定系数. 试验结果表明:夹层对于加速度峰值存在明显的削弱效果,加载地震波峰值越大,削弱程度越大,同时基岩中加速度放大系数呈现“量级饱和”特征;夹层处应变峰值最大,当加载地震波峰值大于0.33g时,场地平台与斜坡拐角下基覆中存在另一峰值,应变形状呈现“W”形;夹层对20 Hz附近频段的傅里叶幅值有一定的削弱作用,同一土层反应谱卓越周期基本一致,不同土层反应谱差别较大,夹层处（0.31 s）卓越周期大于基岩（0.19 s）与基覆处（0.21 s）;拟静力分析显示0.33g时场地的稳定系数为3.16,强风化带启动的临界加速度为1.42g.      

软土地基钻孔灌注桩受力性状分析

通过对冲孔灌注桩和旋挖灌注桩桩顶、桩端沉降量静载试验资料及桩身应力应变测试资料的分析,得出桩身荷载传递机理及不同施工工艺在不同荷载水平下桩的受力性状差异.并就影响桩侧摩阻力的因素进行深入探讨.这一研究表明:桩周土的性质、桩土相对位移、桩端沉渣、成孔时间、护壁清孔方式及加载反力装置均会对单桩极限承载力产生重要影响.     

2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析

2013年4月20日芦山地震是汶川地震后龙门山断裂带发生的又一次破坏性地震,中国数字强震动观测网络有100余台仪器触发并获得加速度记录.设置在四川省宝兴县防震减灾局的强震台(编号51BXD)在东西向获得了1.026g(-1 005.3gal)的峰值加速度记录,这是我国首次在自由地表获得峰值超过1g的记录,是我国强震动观测历史上的重要事件.经震后灾害调查,发现观测台站附近建筑物破坏并不严重,确定地震宏观烈度为Ⅶ度,这引起了社会的广泛关注与争议.通过现场考察,初步认定台站的特殊选址带来了局部地形影响,陡峭山坡放大了高频段地震动.还分析了宝兴县另外3个强震台站的观测环境,并采用全球新一代地震动预测方程进行对比分析,结果显示,该台在小于0.2 s范围内的反应谱放大明显.为了进一步说明台址受场地地形影响,对台站附近进行了背景噪声测试,采用水平/垂直谱比法计算了场地背景噪声的卓越周期、水平向放大系数,得出了随着地势由山脚向山坡上增高,场地卓越频率逐渐增大,且放大系数也随之增大的结论,这与51BXD强震动记录反应谱特征一致.最后,与汶川地震典型记录反应谱、抗震规范谱等进行对比,分析了51BXD强震动记录不同频段的特点;结合附近建筑物现场震后调查结果,初步解释了造成建筑物破坏较轻的原因,验证了局部地形影响是造成峰值加速度记录较大的主要原因.      

公路边坡病害治理的轻型支挡结构

以国道１０７ 线清连一级公路上四个典型的边坡病害治理工程为例, 介绍预应力锚索格构梁、预应力锚索抗滑桩、锚喷挂网支护、树根桩挡土墙等轻型支挡结构在公路边坡病害治理工程中的应用．     

强震作用下近断层桥梁桩基动力响应

为探明强震作用下断层上、下盘桥梁桩基动力响应差异，依托海南省海文大桥工程，通过振动台模型试验，研究了0.15g~0.60g地震动强度作用下断层上、下盘桩基的桩身加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩响应规律差异与桩基损伤特征。研究结果表明:在不同地震动强度作用下，断层上、下盘桩基的桩顶加速度峰值相差0.291~0.488 m·s-2，桩顶加速度放大系数相差0.067~0.195，原因为断层对两侧岩土体影响范围存在差异与桩周岩土体“非线性”差异；随着地震动强度的增大，断层上、下盘桩基的桩顶相对位移差值逐渐增大，最大差值为0.77 mm；断层上、下盘桩基的弯矩最大值相差5.294~82.932 kN·m，且弯矩最大值均出现在覆盖层软硬土交界面与基岩面附近，原因在于下盘作为稳定盘，受上盘土体挤压作用，对下盘岩土体的振动剪切有一定抑制作用；地震动强度为0.35g时，断层上、下盘桩的最大弯矩均未超过抗弯承载力，满足海文大桥抗震设防烈度Ⅷ度(0.35g)的要求；地震动强度为0.35g~0.45g时，断层上盘桩的基频变化幅度较小，地震动强度为0.50g~0.60g时，断层上盘桩的基频显著降低，在桩顶与承台连接处、软硬土层界面与基岩面附近出现裂缝，说明此时桩基已发生损伤。可见，断层上盘桩基的桩身加速度峰值、桩顶相对位移与桩身弯矩动力响应指标均大于下盘桩基，断层上、下盘桩基动力响应变化规律差异显著，体现出显著的“断层上盘效应”，因此，强震作用下近断层桥梁桩基础抗震设计时，应着重考虑断层上盘桩基础的抗震承载能力。      

强震作用下群桩基础抗液化性能的振动台试验

为研究强震作用下群桩基础抗液化性能优于单桩基础的具体表现形式,依托海南省海文大桥工程,采用振动台模型试验开展单桩、四桩、六桩基础处理液化地基的差异性研究,分析了3种不同工况下饱和粉细砂土层中孔压比、桩身加速度和弯矩时程响应差异及其三者相互关系。研究结果表明:0.35g地震动荷载作用下,3种工况均产生液化现象,饱和粉细砂土层深处的孔压比开始增长时刻及稳定时刻均滞后于浅层;六桩基础完全液化耗时比四桩基础延缓4.41~4.82 s,四桩基础完全液化耗时比单桩基础延缓4.00~4.42 s;随着桩数的增加,同一深度处饱和粉细砂土层中桩身最大加速度及其放大系数均逐渐减小,桩身最大加速度出现时刻逐渐滞后,且随着孔压比的增大,桩身加速度逐渐减小;六桩基础最大弯矩较四桩基础小25.95%~43.50%,四桩基础最大弯矩较单桩基础小28.80%~33.10%,单桩基础最大弯矩出现时刻比四桩基础早1.22~1.27 s,四桩基础较六桩基础提前0.66~0.72 s,且桩身弯矩随孔压比的增大逐渐衰减,说明液化前饱和粉细砂土层具有软化减震作用。可见,六桩基础抗液化性能优于四桩及单桩基础,在液化土层桩基础抗震设计中,可通过群桩基础形式提高其抗液化性能。      

板桩轨道结构静力分析

提出了一种简化的板桩轨道结构静力计算模型,得出不同桩刚度、桩距、路基刚度条件下轨道板的最大位移和最大转角及其变化规律,从而为板桩轨道结构的设计应用提供理论依据。     

康定Ms5.8级地震冷竹关坡体内地震动响应特征

为了揭示坡体内不同水平深度峰值加速度变化特征及地震触发大型滑坡形成机理,在冷竹关沟两岸安置强震监测台阵,对斜坡内部不同深度地震动响应进行监测研究.2014年11月25日康定Ms5.8级地震触发了位于坡体内部不同深度的五台强震监测仪,数据揭示:自坡体表面水平向内,各监测点水平向峰值加速度逐渐减小,且0~45 m的表层向内峰值加速度下降幅度较大,在坡体内部的下降幅度变小,洞深99 m处的水平向峰值加速度约为洞口监测仪的60%;水平向加速度反应谱也表明自坡面向内各监测点加速度幅值逐渐减小,标准反应谱的动力放大系数都小于3.5;傅里叶频谱也表明自坡面向内各监测点幅值逐渐减小,且越靠近洞口傅氏谱频率成分越复杂.