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)行為的研究對于國民經(jīng)濟建設(shè)、保障人民生命財產(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；但是在各個地區(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、成強耦合系統(tǒng)時，兩種材料對地震擾動的響應(yīng)程度有較大的差異，分析時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)受塊石級配、形狀、土石體積比等因素控制，同時受加載方式、速率、應(yīng)力水平等影響。針對堆積層邊坡的特點，論文在五個方面進行了研究：
　　1)根據(jù)四川省地貌與區(qū)域環(huán)境特征，在對收集到的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指標(biāo)，進而分別以各項特征因素為參變量，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)計關(guān)系。
　　2)以08年8.30攀枝花6.1級地震對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間的演進規(guī)律。

4、結(jié)果表明，同震順坡向位移明顯，其最大值達到了厘米級，并且順坡向位移有隨深度呈減小的趨勢。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效變形于震后300天左右達到峰值后，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、了地震對望江嶺隧道出口堆積層斜坡的擾動。結(jié)果表明：(1)輸入地震加速度幅值特別是峰值強度的提高不僅對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)具有較強的擾動效應(yīng)；(2)不同地震波動激勵下，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載荷的固有屬性；(3)峰值強度為0.49 m/s2的LomaPrieta水平地震加速度作用20s末，數(shù)值虛擬試驗計算結(jié)果與現(xiàn)場測斜同震相對位移在量值與分布趨勢方面均較為接近。
　　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)～填土相互作用實例驗證準(zhǔn)靜態(tài)外部耦合算法的有效性，進而將耦合方法由準(zhǔn)靜態(tài)模擬擴展至動力分析，研究地震作用下堆積層斜坡變形規(guī)律與動力特性。數(shù)值試驗中采用平面應(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步交替迭代的方法加以實現(xiàn)。動力計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，進而從模型底部輸入水平加速度以模擬地震激勵。應(yīng)用上述方法于堆積層斜坡地震響應(yīng)分析，并對輸入地震加速度幅值、持時、頻譜特性、堆積體顆粒平行連接強度等相關(guān)參數(shù)進行了敏感性討論，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)動力耦合算法可描述動載荷作用下堆積體內(nèi)部細觀損傷、分級滑動、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的方法，探討地震影響深度為10m時不同震松程度(震松坡體壓實系數(shù)分為0.90、0.85、0.80)對坡體震后變形與穩(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)地震震松坡體密實程度以壓實系數(shù)表征于0.90～0.80間變化時，其位移場于震后的主要調(diào)整時間約為0.7～1.1年；(3)由于物理試驗中邊坡坡度較緩(約35.7°)，地震震松坡