不同频率地震波作用下的土质边坡动力响应研究

运用有限差分软件FLAC2D，通过改变正弦波的频率，研究边坡的位移、加速度和速度的动力响应。结果表明:坡体对地震波加速度有放大作用，随着竖直高度的增加或距离坡面距离的减小，放大效应愈加明显，且在坡顶处放大系数最大；在坡面中部，坡体对地震波速度有削弱作用，但在坡顶和坡脚处表现为放大作用，且速度最大值位于坡脚处。边坡在地震波持续作用下位移增大，且最大位移出现在坡脚处，当其达到临界状态时边坡失稳。当地震波频率逐渐增大，加速度峰值放大系数呈增大趋势，速度放大系数呈增大趋势，坡体位移呈减小趋势。     

地震作用下含地下水边坡动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立赋含地下水的三维土质边坡模型,并基于Byrne动孔压增长模型,研究了不同地下水位下边坡的加速度、速度、频谱地震动力响应规律;分析了超静孔隙水压力变化规律。结果表明:在地震作用下,边坡对地震动加速度具有垂直放大效应和临空面放大效应,随着距坡面距离的减小,坡内加速度放大系数呈先减小后增大的趋势,含地下水边坡的放大作用大于无水边坡;速度放大系数沿坡面高程增加而增加,坡内速度放大系数变化规律与加速度一致;边坡主要对地震动的低频成分起放大作用,傅里叶谱峰值随地下水位升高而降低;边坡坡脚位置处超静孔隙水压力最小,但超孔比最大,极易发生液化。     

基于FLAC~(3D)的地震作用下高陡边坡的动力响应分析

地震荷载是触发边坡失稳的重要原因之一。基于有限差分软件FLAC~(3D)对某高陡边坡进行了动力分析,结果表明:在地震作用下,高陡边坡将发生较大的永久位移,最大永久位移主要集中在坡面和坡顶附近;剪应力集中在坡角,沿坡角向坡体内呈弧线形发展,与静力作用下的破坏模式相仿;随着高程的增加,位移时程和加速度时程都呈现出"放大"效应。     

高速列车荷载作用下锚固边坡动力响应特征

以具体工程实例为依托,采取动力有限元与无限元相结合的分析方法,建立锚固边坡振动模型,对列车长期高速振动荷载影响下边坡岩土体及其锚固结构的动力响应特征展开了研究。结果表明:竖向位移动力特征显示,在高速列车荷载作用下,边坡竖向位移及加速度的最大值发生在坡脚处,最小值发生在坡顶处,随着边坡高度增加,竖向位移逐渐降低,且预应力锚杆框架对列车振动引起边坡沉降起到了一定的控制作用;水平位移动力特征显示,随着边坡高度增加,无锚固边坡水平方向位移峰值逐渐增大,水平位移动力响应最大值出现在坡顶,而坡脚的水平位移最小;列车荷载持续作用下,边坡岩土体内振动荷载逐步向远端传播,边坡位移变化范围也逐渐开始扩大,位移量值也开始增大,坡脚至第二级中部位移量达到1mm;在列车荷载作用下,上排锚杆轴力呈波动缓降趋势,缓降幅度0.63%,下排锚杆轴力呈波动上升趋势,上升幅度0.55%;边坡底部动态响应最为明显,振动加速度增幅最大,速度增幅次之,位移变化幅值最小,表明边坡底部的动力响应敏感性要显著大于边坡其他部位,这在边坡设计、加固治理中应引起格外注意。     

隧道洞口部边坡动力响应特性振动台试验研究

我国西南地区建有大量的公路、铁路隧道工程,地震条件下隧道洞口部边坡的动力响应特性不仅控制边坡的变形破坏机制,而且也是隧道洞口部边坡动力支护设计的依据。采用大型振动台模型试验,对隧道洞口部边坡加速度及位移动力响应特性进行研究,并对比分析不同地震波波形的输入对边坡动力特性的影响。结果表明:与一般公路及建筑边坡不同,隧道洞口部边坡坡面的响应加速度具有先增大再减小再增大的特性;边坡动力支护设计采用单一峰值是偏于危险的,应综合考虑多种波形的影响。位移监测结果表明:地震波较小时边坡坡顶变形比较明显,但随着地震波幅值的增加,隧道洞口部边坡坡脚的变形急剧增加且超过了坡顶变形,因此应增强边坡坡脚的支护强度。     

某高速公路黄土边坡稳定性研究

随着我国西部大开发和一带一路的建设,广泛分布有黄土的西北地区基础设施得到迅速发展。为了研究高速公路黄土高边坡的稳定性,采用矢量和法,借助于ANASUS有限元软件,对A高速公路某高路堑边坡的稳定性从静力和动力两个方面进行数值模拟研究。成果表明,边坡各级台阶的边坡坡脚位置出现应力集中现象,在边坡整体的坡脚位置出现非常明显的应力集中现象,这些在坡脚形成的剪应力增高带正是引起边坡剪切破坏的主要原因;加速度为0. 1 g的地震作用下,坡顶加速度响应峰值可达0. 16 g,可见,动力作用下边坡坡顶位置的稳定性最差;同时,数值模拟结果表明,在动力和静力条件下该边坡均处于稳定状态,对其坡顶、坡面和坡脚3个位置处的累积位移值研究表明,加速度为0. 1 g的地震作用下,坡顶位置会累计产生高达的沿坡面向下12 cm的位移。     

大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究

黄土山岭地区的隧道开挖破坏了原有边坡内部的平衡状态。在地震动荷载作用下,隧道洞口段及边坡都可能受到严重破坏,也会反映出不同的动力特性和变形特征。首先通过大型振动台对边坡坡度为60°坡脚进洞工况进行试验,然后利用Midas-GTS有限元软件对边坡坡度为60°不同高程进洞的工况进行了数值模拟分析。结果表明:坡顶加速度随着进洞高程的增大而增大,同种波形和输入方向,输入峰值加速度增大,加速度放大效应减小,出现放大效应趋于饱和现象;隧道洞口段最大主应力先增大后减小,仰拱大于拱顶,一般在距洞口15 m达到峰值,50 m后趋于平稳;试验中坡顶出现拉剪破坏,隧道衬砌与上部土体自振频率不同导致的错动形成竖向裂缝,两侧坡脚处出现横向裂缝且发展速度较快,坡面整体发生破坏,震陷滑塌现象很明显且大块土体整体滑落,有隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧;应力最大值断面距洞口42 cm,是2.33倍的隧道最大跨径,最大加速度多出现在距洞口约3.89~4.06倍隧道跨径处;由于临空面的存在,洞口段具有明显的动力放大效应,各监测点位移都有一个略微增大再减小的过程,最大值出现在距洞口60 m处,因此大断面黄土隧道的抗震设防长度取5倍隧道洞径较为合适;相较于振动台试验,数值模拟数结果偏大,但是可以较好地反映出加速度和土压力的基本变化规律。     

潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

黄土地区超高填方加筋路堤沉降及变形研究

依托岢临高速公路,选取一填土高度为39.2m的超高填方路堤试验段,建立了FLAC3D数值分析模型,分析填筑过程中黄土地区超高填方加筋路堤作用机理.采用分级加载的方式模拟路堤的填筑过程,对路堤边坡坡脚、坡顶及变坡点等位置的沉降、水平位移和格栅轴力的变化规律进行监测分析.结果表明:路堤沉降随着填土高度增加而逐渐增加,且路堤中部沉降相对较大;路堤水平位移随填土高度增大而逐渐减小,且其方向逐渐由正向变为负向,路堤坡脚附近水平位移相对较大;路基横断面方向上的土工格栅轴力在一定长度范围内为零,此后呈先增大后减小的抛物线形变化,且格栅上覆填土高度越大,格栅轴力越大.     

基于理想坡面形态的三维边坡地震动力三量分布

为了讨论边坡坡面形态对地震边坡加速度、速度以及位移分布规律的影响,将边坡按坡面形态分为凹面坡以及凸面坡,并引入底面角的概念表述了坡面的凹凸强烈程度.通过三维数值建模,利用动力有限元计算方法计算了不同坡形和底面角对三量分布的影响.研究结果表明:在同一水平高度,其放大系数在凹面坡和凸面坡坡面中心达到最大值,并且向两侧逐渐减小,放大系数随着坡底角的增大而增大;同时,边坡坡面形态对边坡内部的三量分布影响较小,但其分布随着坡高的增高而增大.     

震区岩质边坡动力特性及影响因素数值模拟研究

以理县至小金公路中的豹子嘴边坡为例,借助FLAC3D数值分析软件建立三维数值计算模型,分析不同岩土体性质、坡比、坡高及地震加速度下岩质边坡的动力响应及变形特性。结果表明,地震荷载作用下,该边坡最大永久位移约为6.26cm,基本处于稳定状态;坡面受力较均匀,但坡脚处应力集中,震区岩质边坡主要表现为圆弧形压-剪破坏;坡体主要呈现坡脚隆起、坡顶下沉、坡中前移的变形特性。据此建议采用SNS主动防护网及矮脚墙等措施对其进行防护加固。     

基于FLAC~(3D)的类土质边坡开挖方式研究

采用FLAC~(3D)建立类土质边坡数值计算模型,研究不同放坡坡率、不同开挖平台宽度下边坡位移场的分布特征。结果表明,当开挖坡率从1∶0.5降低到1∶0.75时,坡面监测点的水平位移发生跳跃,边坡整体变形显著减小;当开挖平台宽度为1m时,对整个边坡的变形控制效果不显著;一级边坡的水平位移最大值出现在距坡脚1/3~2/5坡高处,两级边坡的水平位移最大值出现在距坡脚1/5~1/3坡高处。     

高填方边坡动力响应变形特征数值模拟分析

依托西部某高原机场工程案例,开展高填方边坡动力响应变形特征数值模拟分析。结果表明：边坡动力响应呈现坡顶最剧烈,坡脚次之,中部最弱,位移和加速度具明显的高程放大效应的特征,并与地下水工程效应密切相关;强震作用易引发填方边坡产生过大沉降、不均匀沉降及侧向变形会导致边坡开裂、隆起,甚至大规模滑移,影响边坡的稳定性。     

地震作用下不同坡形斜坡动力响应及稳定性分析

在地震作用下,利用Geo-studio软件中的QUAKE/W模块和SLOPE/W模块建立一个均质土动力数值分析模型。研究在地震作用下不同坡形斜坡的动力响应特征和稳定性分析。结果表明,斜坡对位移、速度、加速度存在放大效应,放大系数凹形坡直线坡凸形坡,稳定性凹形坡直线坡凸形坡,失稳概率凸形坡凹形坡直线坡。     

岩质边坡稳定性数值模拟及动力响应分析

采用快速拉格朗日方法,以差分技术引入时问因素实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟,对湖南省对121援建项目一四川理县至小金公路工程中豹子嘴边坡建立了三维模型,并采用2008年5．12汶川M8．0级地震中木卡站实测的地震波,在对地震波进行校正的基础上,进行动力数值模拟,分析了地震荷载作用下岩质边坡的位移、加速度和速度的动力响应过程和规律。岩质边坡动力响应分析表明地震荷载下岩质边坡最小水平永久位移、最小水平加速度反应峰值及最小水平速度反应峰值均发生在坡脚处,且在竖向方向均存在较明显的放大效应,其位移、加速度和速度的放大效应存在一定差异,放大倍数分别为18,1．3和6．35。     

地震作用下弃土场高边坡稳定性有限元分析

为了探讨地震扰动下弃土场边坡稳定性,以沾会高速公路Q-6弃土场高边坡为研究对象,利用RS2(Phase~2)有限元数值分析软件并结合Newmark积分法,建立边坡分析模型。根据地震时程曲线,将模型分为7个过程以模拟、分析不同时段边坡应变、位移及塑性区的变化规律。分析结果表明:地震发生后的前10 s对边坡影响较大,地震水平力更易激发坡脚的破坏;坡面中上部的水平位移最大,且其加速度放大现象很明显。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

漳永高速公路高边坡地震动力响应及稳定性分析

以福建漳州—永安高速公路某含断层的锚框支护边坡工程为依托,运用FLAC3D建立数值模型,采用强度折减法分别对该边坡的静力和动力稳定性进行了详细分析。在烈度为7度的地震波激励下,坡内和坡面各测点处加速度峰值放大系数均呈现出明显的高程效应,且坡顶处具有明显的鞭梢效应;锚索轴力也较静力时明显增大,且在潜在滑移面处达到最大;通过动强度折减法和失稳判据综合判断,其动安全系数为1.68。     

地震作用下锚索框架梁边坡的振动台模型试验研究

以海西福永高速公路某标段预应力锚框支护土岩二元结构边坡工程为依托，通过模型试验法在大型振动台作用下对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡的地震响应规律进行了研究。结果表明:沿坡高方向向上，PGA放大系数呈递增趋势，表现出明显的"趋表效应"和"鞭梢效应"；地震强度等级较高情况下，土体的塑性特征非常明显；地震波频谱特征不同导致加速度峰值放大系数存在差异并随坡高变大而呈现变小的趋势，最终在边坡坡顶处逐渐趋于一致。     

基于FLAC3D的土质路基边坡动力响应规律研究

为了研究路基边坡在交通荷载作用下的动力响应规律,结合某路基边坡工程,应用振动力时程曲线和车辆载荷拟合公式,采用FLAC3D有限差分软件建立了数值分析模型,从加速度、位移、速度等方面研究了边坡结构的振动响应特性及其扩展规律。研究发现:在交通荷载的作用下,土质路基边坡内部应力较为集中,且其最大主应力主要表现为压应力。边坡坡面各监测点的水平位移、加速度、速度离震源越近,动力响应现象越明显。同一测点X位移随着求解时程的增加逐渐增加,且两者具有很强的线性正相关关系。单次荷载对路基边坡的影响程度较小,但当振动效应不断累积叠加,边坡的稳定性将受到严重威胁。当振动效应达到边坡的承载极限时,边坡就会发生失稳破坏。研究结果对于评价交通荷载对路基边坡的影响具有一定的理论意义以及工程应用价值。