軟硬組合型斜坡地震動(dòng)響應(yīng)的大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究.pdf

1、在我國多山、多地震的地質(zhì)構(gòu)造背景下,斜坡地震動(dòng)響應(yīng)問題突出。2008年的‘5.12’汶川Ms8.0級(jí)地震在山區(qū)引發(fā)了數(shù)以萬計(jì)的斜坡次生地質(zhì)災(zāi)害,損失巨大。震后,多數(shù)學(xué)者集中于震源機(jī)制、災(zāi)害形成機(jī)理或?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與評(píng)價(jià)方面的研究,對(duì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特性研究甚少。震后調(diào)查表明,斜坡的動(dòng)力變形破壞多見于硬質(zhì)巖中,在谷坡坡頂和坡形轉(zhuǎn)折帶等特殊部位響應(yīng)尤為強(qiáng)烈。沿發(fā)震斷裂帶分布的極震區(qū),豎向地震動(dòng)力特征表現(xiàn)明顯。對(duì)有關(guān)斜坡動(dòng)力響應(yīng)特性的宏觀上的定性

2、認(rèn)識(shí)在國內(nèi)外并不少見。然而,由于缺乏充足的地震實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),加上影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的時(shí)空定量化統(tǒng)一,從而用于指導(dǎo)工程實(shí)踐還言之尚早。隨著全球逐漸進(jìn)入地震活躍期,對(duì)這一問題的研究必將具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以‘5.12’汶川地震為研究背景,旨在通過物理模擬試驗(yàn)手段在一定程度上探討斜坡的地震動(dòng)響應(yīng)特性及其規(guī)律,其主要工作與成果如下:
　　 (1)以‘5·12’汶川地震災(zāi)區(qū)典型斜坡巖體結(jié)構(gòu)為模擬特

3、征,采用水平層狀上硬下軟和上軟下硬兩種巖性組合概念模型,設(shè)計(jì)并完成了1:100比尺的大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。從最開始的相似關(guān)系設(shè)計(jì)和相似材料選取,到傳感器的布置,再到輸入波的選取和制定加載方案等一系列工作中,建立了一套適合水平層狀軟硬巖組合型斜坡的試驗(yàn)準(zhǔn)備與試驗(yàn)過程設(shè)計(jì)思路。
　　 (2)通過在模型底部輸入不同類型(按頻譜特性不同分類)、激振方向和振動(dòng)強(qiáng)度的激振波,觀測(cè)記錄軟硬巖組合型斜坡模型的宏觀變形破壞特征及與以上輸入振動(dòng)參數(shù)的關(guān)系

4、。同時(shí),對(duì)斜坡模型的失穩(wěn)破壞機(jī)制分析表明,上硬下軟組合模型以崩塌破壞為主,而上軟下硬組合模型發(fā)生“拉-剪”式的滑坡破壞。
　　 (3)試驗(yàn)共完成了101個(gè)工況的加載,通過布置在坡內(nèi)和坡表的大量加速度傳感器采集到了6000多條加速度水平向和豎直向分量的時(shí)程波形數(shù)據(jù),隨后提取出了每個(gè)波形的絕對(duì)峰值(PGA)并計(jì)算出其相對(duì)于臺(tái)面的放大系數(shù)。通過對(duì)這些數(shù)值的分析比較,獲得了兩模型的水平向和豎直向加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律,并采用“單因素法”分析

5、了激振波類型、激振方向和振動(dòng)強(qiáng)度對(duì)加速度響應(yīng)規(guī)律的影響。
　　 分析結(jié)果很好地揭示了加速度沿高程的非線性放大效應(yīng),以及水平向與豎直向加速度動(dòng)力響應(yīng)特性的差異。結(jié)果同時(shí)表明,激振波頻譜特性的不同導(dǎo)致了模型完全不同的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；合成向激振相比單向激振使模型產(chǎn)生了更強(qiáng)的響應(yīng)；在天然波作用下,隨著振動(dòng)強(qiáng)度的增加,模型在水平向和豎直向的響應(yīng)強(qiáng)度均有所減弱。
　　 (4)最后,對(duì)加速度時(shí)程波形進(jìn)行了傅里葉變換,再利用兩種常見的傅里