考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

以某台阶式岩质边坡为研究对象,对边坡进行物理模型试验,研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应,得到基线偏移量、残余变形率以及残余变形率差值变化规律。结果表明,随着激振加速度峰值的增加,边坡基线偏移量逐渐增大,边坡变形可分为弹性变形、塑性变形以及弹塑性变形3个阶段;边坡残余变形率随着激振加速度峰值增加而逐渐增大,当激振加速度峰值为0.6~1.0时,残余变形率增加幅度最大。从残余变形率角度分析,地震作用下边坡变形主要分为3个阶段,分别为缓慢变形阶段、变形加速阶段以及失稳破坏阶段;边坡一在坡顶处残余变形率最大,而边坡二在第一台阶处变形率最大;随着边坡高程增加,残余变形率差值逐渐增大。较大的台阶宽度会增加残余变形率,加剧边坡变形,且台阶宽度的影响随加速度峰值增大逐渐增大。

考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

高烈度地震区的岩质边坡内部节理裂隙较为发育,且分布随机性大。多期强震作用造成岩体结构进一步的破坏,形成震裂岩体边坡并继续发生变形破坏。因此,研究台阶式岩质边坡在多次强震作用下的震裂累积效应对于分析边坡的地震稳定性具有重要意义。通过大型振动台模型试验分析台阶式岩质边坡的动力位移响应状态,重点研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应。通过基线偏移量表征边坡的残余变形,坡表发生的最终破坏是残余变形与激振动力变形共同作用的结果。提出用残余变形率分析台阶式岩质边坡的震裂累积效应,并利用阿里亚斯强度放大率验证残余变形率在分析强震造成岩质边坡出现震裂累积效应的适用性。结果表明:残余变形率充分考虑了持续的残余变形和地震动力的共同影响,能够更清楚地辨识边坡不同的地震动力破坏阶段、分析边坡的震裂累积效应。台阶式岩质边坡在地震动力作用下的变形破坏从局部开始,特别是台阶平台的内部折线处以及坡顶,均是最易萌生初始裂缝的部位。基于残余变形率和阿里亚斯强度能量的分析,边坡的震裂累积过程包含缓慢变形、加速变形和失稳破坏3个阶段。2种分析方法可以交互使用,实现更精准的边坡动态变形预测,为边坡的抗震设防方案提供可靠的依据。

多期地震作用的台阶式顺层岩质边坡震裂破坏机制

高烈度区斜坡震裂变形体广泛存在,为理清台阶式顺层岩质边坡在多期地震作用下的震裂破坏机制,以三清高速路堑斜坡为原型,开展大型振动台试验。引入加速度放大系数比(ratio of acceleration amplification factor,RAAF)研究不同台阶位置加速度动力响应差异性,利用希尔伯特−黄变换和边际谱识别边坡震裂累积损伤及失稳破坏过程,结合边坡失稳破坏现象阐明台阶式边坡震裂破坏机制。结果表明:边坡具有高程放大效应,加速度放大系数随输入地震波峰值增加呈现先增加再降低的趋势。RAAF在输入地震波峰值为0.6g前后出现正负突变,表明输入地震波峰值为0.6g是改变两种类型边坡动力响应差异性的“临界值”。多期地震作用下,希尔伯特谱低频部分减小,高频部分增加,岩体和夹层表现出滤波作用。水平地震作用下,台阶阴角极易产生动拉应力集中,造成阴角处被拉裂。不均匀台阶宽度边坡的渐进破坏过程为第2级台阶首先出现拉裂缝→上部岩层沿软弱夹层滑动→坡顶后缘拉裂→第1级台阶拉裂并脱离坡体。均匀台阶宽度边坡各级台阶阴角均出现拉裂缝,边坡未出现明显滑动面。模型试验揭示了台阶式岩质边坡的震裂破坏机制,针对勘察设计和施工应加强各级台阶阴角变形量的监测,阴角处可做圆弧处理降低应力集中现象。坡脚处可设置抗滑桩,提高边坡出现震裂破坏的阈值,增强边坡稳定性。