脉冲地震作用下含软弱夹层边坡的稳定性及动力响应研究

发布时间：2020-10-11 04:41

　　 边坡的稳定性在岩土工程界一直是一个热门的话题,目前来说,稳定性分析领域均质边坡已经研究较多了。我国幅员辽阔,山地众多,自然界中不可避免的存在许多非均质地质体,含软弱夹层边坡作为其中具有代表性的一种,其稳定性受到广泛关注。边坡的抗剪强度往往在夹层处表现为不连续,又因边坡的失稳破坏常常发生在夹层处,因此边坡中软弱夹层往往成为边坡失稳的决定性因素。滑坡常常是由地震触发的。我国地处两大活跃的地震带之间,地震发生的频率较高,西部山区又与两大地震带区域相重叠,地震的发生会使原本脆弱的地质条件变得更加恶劣。大量的地震灾害表明,滑坡的发生与近断层地震动密切关联,近断层区域滑坡发生的概率远大于远震区。本文借助有限差分程序FLAC3D,建立概化边坡模型,采用多种边坡失稳的判别依据,对均质土质边坡、岩质边坡、含软弱夹层边坡静力安全系数,脉冲速度波作用下动力安全系数进行了探讨,并对不同工况下含软弱夹层边坡在脉冲地震动作用下边坡动力响应规律、破坏模式进行了初步的探讨。主要研究了软弱夹层的几何形态及边坡的几何形态对边坡安全系数、动力响应规律、破坏模式的影响。主要的工作及研究结果如下:(1)均质土质边坡在4种边坡失稳判别依据下得出的安全系数具有一致性,岩质边坡的安全系数在4种边坡失稳判别下得出的安全系数值相近。FLAC3D在计算均质边坡安全系数时的结果与极限平衡法的结果相近。(2)边坡中存在软弱夹层会降低边坡的静力安全系数;软弱夹层在边坡的位置对边坡静力安全系数影响较大,表现为夹层在边坡中的位置越低,边坡静力安全系数越小;夹层位置低于四分之三坡高时夹层位置变化对边坡静力安全系数影响较大,夹层位置低于四分之三坡高时,夹层的位置升高,会显著提高边坡的安全系数;夹层位置高于四分之三坡高时,边坡静力安全系数随夹层位置的升高增加缓慢,其安全系数更接近均质边坡。用传统极限平衡法计算含软弱夹层边坡的静力安全系数时结果失真。(3)采用有限差分程序FLAC3D对一个振动台单面边坡实验进行模拟,通过对比数值模拟和实验所得加速度放大系数,发现采用FLAC3D模拟单面坡效果较好。(4)对含软弱夹层边坡的动力安全系数求解,发现软弱夹层在边坡中的位置、倾角、边坡的坡高和坡角变化会影响边坡的动力安全系数,表现为夹层的位置越低,含软弱夹层边坡承受地震作用的能力越弱,边坡的动力安全系数越小;坡高越高,坡角越大,边坡的动力安全系数也越小。边坡的破坏模式受夹层的影响非常显著,表现为夹层低于二分之一坡高时,边坡发生破坏时破坏体会从夹层与坡面交界处剪出,夹层位置高于二分之一坡高后,边坡破坏时的剪出口位于坡脚处。夹层的位置越低,坡顶发生拉伸破坏的深度越深,边坡的坡高越高,坡角越大,坡顶发生拉伸破坏的深度也越深。(5)为了探讨含软弱夹层边坡的动力响应,对边坡材料参数不折减的情况下输入3种地震波,通过提取坡面和坡内关键点的加速度曲线,求解相应的加速度放大系数;对比夹层在不同边坡位置处的加速度放大系数,发现加速度放大系数沿高程总体是放大的;夹层位置的升高会影响加速度放大系数,夹层位置越高,加速度放大系数越小,边坡的动力特性就越接近均质边坡。当夹层位置低于二分之一坡高时,双脉冲地震波的加速度放大系数大于单脉冲地震波,当夹层位置高于二分之一坡高时,表现为单脉冲地震波作用下加速度放大系数比双脉冲地震波的加速度放大系数大。坡高和坡角的变化显著影响边坡的加速度放大系数规律,表现为坡高坡角越大,加速度放大系数越大;软弱夹层倾角也会影响边坡的加速度放大系数,含反倾软弱夹层的加速度放大系数大于含水平软弱夹层大于含顺倾软弱夹层。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU43
【部分图文】：

第 1 章 绪论.1 研究背景及其意义漫长的历史的长河中，自然灾害一直伴随着人类文明的发展。从某种程度来说，人文明的发展史也是一部与自然灾害抗争的悲壮史，自然灾害的频发促进了人类科学技的发展。2008 年汶川大地震，给西南地区部分城市带来了巨大的财产损失以及人员伤亡。与他地质灾害不同，地震由于其具有能量大、突发性高和不可预测性的特点，往往会造毁灭性的危害。我国地处两大活跃地震带中间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾板三大板块共同挤压，境内的地震活动十分频繁，地震往往强度大且震源浅[1]。中国地台网发布的信息显示，近十多年来，中国境内发生震级（里氏）大于 5 级的地震就有千次，如图 1-1 所示，红色点代表浅源地震，从图中发现以我国西部地区和台湾省震较为严重，且基本上呈现带状分布。

西南交通大应力。当土体内某点应力满足 时，发生FLAC3D 软件中提供了塑形区云图来显示正满对每个屈服函数均赋予了两种状态：now 和中正处于屈服面上，而 past 表示该单元过去处于弹性的范围。因此，针对实际工程问题now 的单元，也就是关注正处于塑性流动状型的破坏起作用[61]。但是同时需要注意的是，单元进入塑形即使潜在破裂面上的各个单元都达到拉破坏边坡塑形区贯通，此时边坡可能处于整体破此塑形区贯通可作为边坡失稳破坏判别依据

图 2-7 折减系数为 1.09 计算比率图4）以边坡最大水平位移突变作为边坡失稳标志图 2-8 为均质土坡在折减系数为 1.08 和 1.09 时边坡的水平位移云图，边坡最大水平位移发生在坡面下部的剪出口附近，折减系数为 1.08 时，边坡水平位移较大部分集中在坡脚部位，折减系数为 1.09 时，边坡潜在滑移的那部分发生了很大的位移，边坡位移较大值的部分从坡脚延伸至坡顶。编写 fish 程序，遍历各个折减系数下边坡最大水平位移，将最大水平位移随折减系数的变化曲线绘制成曲线图，如图 2-9 所示，边坡水平位移最大值在小于 1.08 时呈现类似线性增大，折减系数为 1.09 时，边坡最大水平位移发生巨大的突变，表面边坡此时已经处于失稳破坏的状态。0 15000 30000 45000 60000 75000 900000.00000.00010.00020.00030.0004率比计算步数
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本文编号：2836083