堆積層斜坡的地震誘導(dǎo)行為研究.pdf

1、土石堆積層斜坡在我國地震山地災(zāi)害較為嚴(yán)重的西南山區(qū)分布廣泛，就其地震誘導(dǎo)行為的研究對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、保障人民生命財(cái)產(chǎn)有重要意義。由于巖土體成因、賦存地質(zhì)環(huán)境、演變歷程等的差異，加之地震、降雨、人類工程活動(dòng)等諸多不確定因素的影響，不同地區(qū)土石堆積層斜坡狀態(tài)不一，各具特點(diǎn)；但是在各個(gè)地區(qū)，地貌、環(huán)境條件等因素相近的前提下，堆積層在擾動(dòng)下的變形規(guī)律及穩(wěn)定狀態(tài)存在一定共性。堆積層一般是由第四紀(jì)堆積作用形成的土石混合體構(gòu)成，在與下覆基巖于界面處組

2、成強(qiáng)耦合系統(tǒng)時(shí)，兩種材料對(duì)地震擾動(dòng)的響應(yīng)程度有較大的差異，分析時(shí)需綜合考慮耦合兩域各自特性及其相互作用；另一方面，土石混合體作為一種復(fù)合體材料，其力學(xué)性質(zhì)受塊石級(jí)配、形狀、土石體積比等因素控制，同時(shí)受加載方式、速率、應(yīng)力水平等影響。針對(duì)堆積層邊坡的特點(diǎn)，論文在五個(gè)方面進(jìn)行了研究：
　　1)根據(jù)四川省地貌與區(qū)域環(huán)境特征，在對(duì)收集到的68處省內(nèi)公路堆積層邊坡信息加以匯總的基礎(chǔ)上，將影響邊坡穩(wěn)定的特征因素歸結(jié)為堆積層厚度、邊坡高度、坡率

3、、巖性及其組合、地下水條件、平均年降水量及地震作用等七項(xiàng)指標(biāo)，進(jìn)而分別以各項(xiàng)特征因素為參變量，研究其與擋墻、抗滑樁、錨桿、錨索綜合、抗滑樁+擋墻及錨桿+擋墻等六類省內(nèi)公路堆積層邊坡典型加固方案之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。
　　2)以08年8.30攀枝花6.1級(jí)地震對(duì)鄰近的攀田高速公路望江嶺隧道出口堆積層斜坡狀態(tài)的影響為案例，研究地震作用下堆積層斜坡的變形時(shí)效性。在現(xiàn)場連續(xù)測斜監(jiān)測基礎(chǔ)上，分析了地震前、后斜坡體深部變形特性及其隨時(shí)間的演進(jìn)規(guī)律。

4、結(jié)果表明，同震順坡向位移明顯，其最大值達(dá)到了厘米級(jí)，并且順坡向位移有隨深度呈減小的趨勢(shì)。分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然震后約430天，局部坡體順坡向位移仍處于調(diào)整狀態(tài)，但主要測孔附近巖土體的時(shí)效變形于震后300天左右達(dá)到峰值后，已逐漸趨于收斂。綜合現(xiàn)場監(jiān)測成果，可以認(rèn)為，在經(jīng)歷了大約一年的自適應(yīng)調(diào)整，特別是經(jīng)09年雨季后，堆積層斜坡已處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。
　　3)運(yùn)用平面快速拉格朗日有限差分方法，以地震加速度幅值、頻譜特性等為主要參數(shù)，分析

5、了地震對(duì)望江嶺隧道出口堆積層斜坡的擾動(dòng)。結(jié)果表明：(1)輸入地震加速度幅值特別是峰值強(qiáng)度的提高不僅對(duì)堆積體累積塑性變形具顯著影響，且于堆積體穩(wěn)定狀態(tài)具有較強(qiáng)的擾動(dòng)效應(yīng)；(2)不同地震波動(dòng)激勵(lì)下，堆積層斜坡水平位移變化規(guī)律較大程度上依賴于所輸入動(dòng)載荷的固有屬性；(3)峰值強(qiáng)度為0.49 m/s2的LomaPrieta水平地震加速度作用20s末，數(shù)值虛擬試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場測斜同震相對(duì)位移在量值與分布趨勢(shì)方面均較為接近。
　　4)考慮到

6、基巖的小變形與堆積體大變形之間差異，論文提出采用有限差分與離散單元外部耦合計(jì)算方法研究堆積層斜坡同震響應(yīng)。首先以支擋結(jié)構(gòu)～填土相互作用實(shí)例驗(yàn)證準(zhǔn)靜態(tài)外部耦合算法的有效性，進(jìn)而將耦合方法由準(zhǔn)靜態(tài)模擬擴(kuò)展至動(dòng)力分析，研究地震作用下堆積層斜坡變形規(guī)律與動(dòng)力特性。數(shù)值試驗(yàn)中采用平面應(yīng)變有限差分網(wǎng)格和平行連接圓盤離散元分別模擬下伏基巖與上覆堆積體，界面平滑過渡通過耦合兩域取相同時(shí)步交替迭代的方法加以實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力計(jì)算以自重作用下的靜力平衡為初始條件，

7、基巖兩側(cè)由引入的自由場邊界來消除輻射阻尼影響，進(jìn)而從模型底部輸入水平加速度以模擬地震激勵(lì)。應(yīng)用上述方法于堆積層斜坡地震響應(yīng)分析，并對(duì)輸入地震加速度幅值、持時(shí)、頻譜特性、堆積體顆粒平行連接強(qiáng)度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了敏感性討論，結(jié)果表明，不同于傳統(tǒng)的基于連續(xù)介質(zhì)理論的分析手段，文中采用的連續(xù)～離散介質(zhì)動(dòng)力耦合算法可描述動(dòng)載荷作用下堆積體內(nèi)部細(xì)觀損傷、分級(jí)滑動(dòng)、表層崩塌等地震災(zāi)變的產(chǎn)生、發(fā)展全過程。
　　5)論文將坡體概化為花崗巖強(qiáng)風(fēng)化土與砂

8、土配制而成的勻質(zhì)土模型，采用土工離心模型試驗(yàn)的方法，探討地震影響深度為10m時(shí)不同震松程度(震松坡體壓實(shí)系數(shù)分為0.90、0.85、0.80)對(duì)坡體震后變形與穩(wěn)定特性的影響，結(jié)果表明：(1)隨震松坡體損傷程度增大，其應(yīng)力與位移場于震后短期的調(diào)整幅度將相應(yīng)提高；(2)地震震松坡體密實(shí)程度以壓實(shí)系數(shù)表征于0.90～0.80間變化時(shí)，其位移場于震后的主要調(diào)整時(shí)間約為0.7～1.1年；(3)由于物理試驗(yàn)中邊坡坡度較緩(約35.7°)，地震震松坡