纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应离散元分析——以北川唐家山滑坡为例

运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:(1)该斜坡体的初期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以竖向拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;(2)地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;(3)该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是:竖向加速度>水平加速度>竖向速度>水平速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的竖向加速度起到了优势破坏作用。以上结论对研究动力耦合条件下的斜坡崩滑效应具有较高的理论和现实价值。

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑响应研究

运用离散元数值模拟技术,对北川新中崩滑体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:①对于新中崩滑体的先期崩滑破坏而言,由于其距离初始震中较远,故源自初始震源的地震纵横波到达该斜坡体的时差较长,为约15.21 s,而该斜坡体在地震纵波作用于斜坡体后8 s后即开始破裂,故其先期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以水平拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;②对其发生先期崩滑的主控因素言,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;③该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是水平加速度>竖向加速度>水平速度>竖向速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的水平加速度起到了优势破坏作用。以上研究为强震动力作用下的斜坡体先期崩滑破坏提供了新方法。

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

多次典型地震的灾后实地调查都表明震中附近的竖向地震力作用十分明显,而传统的斜坡动力响应分析仅考虑了水平地震力的作用。文中运用离散元数值模拟技术,对震中附近的斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了地震动力作用触发的震中附近斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:对于地震作用下震中附近的斜坡体崩滑破坏,由于纵横波作用的时间差较短,其崩滑形成机制多为受地震纵横波的耦合作用,即竖向周期拉压与水平周期剪切的耦合作用,在此基础上又以纵波的竖向拉伸作用占优,即表现为拉剪破坏形式;此外,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震力作用(即地震纵波的周期拉压和地震横波的周期剪切耦合作用)是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素。

纵横波时差耦合作用下地铁车站地震响应分析

以北京实测地震波作为输入,运用二维显示有限差分程序对北京地区常见的3层3跨矩形断面结构地铁车站进行了动力模拟分析,探讨了纵横波时差耦合作用下车站结构加速度、位移放大效应及动应力变化规律。计算结果表明地震纵横波时差耦合作用导致浅埋地铁车站结构受力变形过程为:首先纵波作用使得结构产生较大的竖向加速度,导致结构产生一定的正应力;继而纵横波时差耦合作用使得结构产生较大的水平加速度,此时结构内力达到最大,容易使得结构产生较大的拉应力;最终随着地震动力作用逐渐减小至消失,结构内力减小,恢复稳定。在地震动力作用下,地铁车站侧墙、中柱等结构的加速度自下而上均发生放大效应,且竖向加速度的放大程度远高于水平加速度。因地震纵波产生较大的竖向加速度,并且具有较强的放大效应,需重视距离震源较近地区的地下结构竖向抗震性能;而纵横波时差耦合作用下,结构的内力往往能达到最大值,是地下结构发生破坏的主控因素。

地震动力作用触发的斜坡崩滑效应模拟

依据震后实地调查中竖向地震力作用十分明显的现象,突破传统斜坡动力反应分析中仅考虑水平地震力作用的局限,运用离散元数值模拟技术,对北川王家岩斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了模拟,确定了地震动力作用下该斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素.研究表明:该斜坡体的初期崩滑破坏是受到纵波产生的水平和竖向拉裂耦合作用所致,且以水平拉裂作用占优,而后期的抛射及碎屑流动则是受到纵横波耦合作用所致;即纵波的个体作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡体所处地形则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流动的主控因素.

地震动力作用触发的斜坡崩滑响应研究——以青川东河口滑坡为例

同时考虑水平、竖向加速度和两者之间时差对斜坡体破坏作用的研究较少见.运用UDEC对青川东河口斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生损伤和崩滑破坏的全过程进行了模拟,确定了该斜坡体在水平和竖向地震力作用下产生崩滑破坏的成灾机制及主控因素.结果表明：在输入地震动力条件7~10 s内,坡体后缘形成动力损伤并完全开裂,而横波由于传输速度较慢在26 s时才到达斜坡体,故坡体初期崩滑破坏是受到源自初始震源的纵波产生的水平拉裂作用所致,而后期的抛射和碎屑流动则是受到纵横波耦合作用所致;此外,纵波产生的水平拉裂作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形则是促使其开裂后形成后续碰撞解体、碎屑流动和堆积等运动过程的主控因素.