地震作用下高陡岩质边坡动态响应规律研究

发布时间：2020-07-14 03:43

【摘要】：边坡是具有侧向临空面的地质体,而地震则是由于板块间相互挤压碰撞造成板块边缘或者内部产生错动和破裂,地壳快速释放能量而造成振动,进而产生地震波的一种自然现象。我国西南地区多分布着高陡边坡,其在地震作用下和一般的土坡以及边坡高度较低的岩质边坡动态响应不同,所以对于西南地区高陡岩质边坡的动态响应规律的研究具有很高的科学意义。本文利用ABAQUS软件,通过有限元和无限元耦合方法对均质高陡边坡和高陡顺层岩质边坡两种类型边坡进行了数值分析,研究不同参数条件下的高陡边坡动态响应规律。(1)本文从影响均质高陡边坡动态响应规律的所有因素中选择具有代表性的边坡几何参数(坡高、坡度和坡形)、力学参数(弹性模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角)和地震波参数(振幅、周期、持时和av/ah)这十一个因素进行研究,对于每个因素选择间隔相同的不同参数,研究其对于坡面水平和竖直加速度峰值及其放大系数与坡高之间的变化关系。最终发现:1.坡脚、坡肩等特殊位置的加速度峰值及其放大系数的变化规律,不同av/ah条件下,坡脚位置往往出现较大的水平和竖直加速度峰值;2.同一参数下,水平和竖直加速度大小关系交替位置的动态响应规律,内摩擦角改变水平和竖直加速度峰值大小关系分界点位置,但分界位置依然保持在边坡中点附近;3.坡面水平和竖直加速度峰值最大值所在位置的动态响应规律,往往出现在坡脚、边坡中点以及坡肩这些特殊位置附近,水平和竖直加速度峰值最大值随着粘聚力的增加而减小;4.同一坡高下,水平和竖直加速度峰值及其放大系数随参数所对应条件的变化而表现出的数值大小关系动态响应规律,比如持时影响下,在坡高相同的位置,坡面水平和竖直加速度峰值及其放大系数几乎相等。同时也发现了竖直加速度峰值及其放大系数与坡高之间的关系比水平方向要简单,竖直加速度峰值及其放大系数在坡面上多呈“v”形分布,但水平方向上的加速度峰值及其放大系数的变化规律非常多样。(2)本文选择具有代表性的高陡顺层岩质单面坡、高陡顺层岩质双面坡、高陡顺层岩质单面坡多层结构、含软弱夹层的高陡顺层岩质边坡四种类型进行研究,分别对其在粘聚力、内摩擦角和av/ah三种类型不同参数条件下的坡面水平和竖直位移与坡高之间的关系进行了分析。特别是对高陡顺层岩质单面坡多层结构部分考虑了结构面位置不同对其动态响应规律的影响,而含软弱夹层的高陡顺层岩质边坡则考虑了厚度对其动态响应规律的研究。最终发现在结构面出露位置附近往往出现水平和竖直位移“突增”现象,在结构面出露位置以下位移几乎为0m,在结构面出露位置以上位移将不再大幅度变化。同时也关注到坡脚的特殊性,在高陡顺层岩质双面坡中,坡脚会出现水平右移和竖向沉降;在含软弱夹层的高陡顺层岩质边坡,坡脚只会出现竖向沉降。而且粘聚力和内摩擦角对于四种类型边坡的影响大同小异,只是在高陡顺层岩质单面坡的结构面出露位置附近出现不随内摩擦角的减小而增加,但是在高陡顺层岩质双面坡方面,粘聚力的改变会造成c=0.4MPa与c=0.6MPa和0.8MPa所对应的位移曲线具有较大的差异性。(3)对于高陡顺层岩质边坡在粘聚力和内摩擦角不同的各个参数下结构面所在平面的安全系数和水平地震影响系数的研究发现安全系数都会随着粘聚力或者内摩擦角的增加而不断增加,但是水平地震影响系数则随着内摩擦角的增加而不断下降,除了高陡顺层岩质双面坡所对应的水平地震影响系数是随着粘聚力的增加而先减小后增加外,其他三种类型的高陡顺层岩质边坡所对应的水平地震影响系数会随着粘聚力的增加而不断增加。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU45

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