基于变形的降雨后地震基覆型边坡劣化特性与机制研究

降雨地震多因素作用下基覆型边坡破坏模式的识别和评估具有重大工程意义。为研究降雨后地震作用下基覆型边坡的失稳演化机制,开展一组大型振动台模型试验,基于边坡土体空间变形特性和坡面位移特性识别和评估边坡的劣化模式,综合土体应力−应变特性、渗流场特性、地震动应力分布及边坡变形特性,对降雨后地震下边坡的变形演化机制进行探讨。结果表明:(1)降雨阶段,边坡坡顶与坡脚饱和度显著升高区强度劣化显著,但整体无明显变形;地震阶段,坡顶首先滑塌失稳,进一步演化为多级滑塌的整体失稳。(2)宏观破坏具有突发特征,边坡内部土体的空间应变分布特性能更好地识别边坡塑性区扩展−贯通−失稳的演化历程。(3)基于位移残余率分析的边坡失稳演化模式与土体空间应变演化特性结果吻合,相较于累积位移量对边坡损伤状态的识别更准确。(4)含水率变化影响土体力学特征,降雨后的渗流场分布影响边坡整体力学特性及地震动应力的传递及空间分布,土体力学特性和动应力空间特征决定边坡的破坏模式。

框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性

针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题,以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型,开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验,分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明:降雨后坡面无局部破坏,地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动,边坡表现为张拉—剪切型破坏;边坡峰值加速度放大系数呈层状分布,“高程效应”与“趋表效应”显著,均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大;边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合;桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关,强震作用下锚索轴力增幅显著;桩后峰值土压力近似呈三角形分布,桩体嵌固段内桩土压力最大;桩体弯矩呈“b”型分布,嵌固段内桩体峰值弯矩最大,抗震设计中应注意验算其抗弯强度;桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段,结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验,研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性,并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程,探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明:边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大,0.7倍坡高附近放大效应最大,存在“趋表效应”及“高程效应”;土体应变随峰值加速度的增加而显著增大,坡脚与坡顶变形差异较大;动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大,滑坡启动阶段显著增加;边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近,随后坡脚产生剪切破坏;土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致;边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段,表现为张拉-剪切型破坏。

预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明:(1)隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。(2)随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。(3)桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。(4)桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。(5)桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1~4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。(6)桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。

基覆型铁路边坡的动力响应特性与破坏模式研究

基覆型边坡在我国西南铁路沿线分布较为广泛,在地震作用下会对附近居民的生命财产安全造成危害。为探究基岩倾角对基覆型边坡的影响,利用FLAC3D有限差分软件建立两个不同基岩倾角的基覆型边坡模型,加载El-Centro波和Kobe波分析其动力响应规律,对加速度时程进行快速傅里叶变换(FFT)后研究模型的动力频响差异,最后结合数值模拟计算结果与振动台模型试验现象探究边坡的破坏模式。结果表明,基覆型边坡的PGA放大系数有高程效应且随着输入PGA增大而减小;其他条件相同时,基岩倾角越大基覆型边坡的动力响应越激烈,加载Kobe波时两个模型的动力响应要比加载El-Centro波时更激烈;基岩倾角较小的模型坡面FFT谱主频总体随着高度增加而减小,基岩倾角较大的模型则存在主频大小相同的情况,主频对应的FFT谱幅值(FFT幅值)的变化规律受地震波种类影响,在输入PGA为0.7g的Kobe波作用下两者的坡面位移达到最大,分别为162.8 cm和230.2 cm;随着基岩倾角增大,基覆型边坡的破坏模式由牵引式破坏变成复合式破坏。