含隧道層狀巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)特性研究.pdf

1、2008年發(fā)生的“5.12”汶川大地震導(dǎo)致震區(qū)大量房屋倒塌、隧道崩塌、邊坡破壞，并誘發(fā)了大量的滑坡、泥石流和崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害，造成了大量的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。地震災(zāi)害的突出特點(diǎn)表現(xiàn)為突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、次生災(zāi)害多。我國幅員遼闊，山地眾多，地質(zhì)環(huán)境獨(dú)特，構(gòu)造異?；钴S，在中西部地區(qū)地震災(zāi)害頻發(fā)。近年來，國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，一大批水利水電樞紐、山區(qū)高速公路、鐵路客運(yùn)專線等大型工程正在或?qū)⒁ㄔO(shè)實(shí)施。由于地形、環(huán)境或工程成本等因素制約，這

2、些工程在實(shí)施過程中可能會(huì)出現(xiàn)邊坡下伏有隧道、隧洞或地下采空區(qū)等情況。因此，含洞室邊坡的地震動(dòng)力響應(yīng)及地震穩(wěn)定性問題顯得尤為突出。本文依托于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“含地下洞室（群）巖石邊坡地震災(zāi)變行為與抗震性能評價(jià)”（編號:51204125），開展了含隧道層狀巖質(zhì)邊坡大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了其地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，并利用有限元軟件MIDAS GTS/NX進(jìn)行數(shù)值模擬與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證。主要研究工作如下:
　　(1)振動(dòng)臺(tái)模型設(shè)

3、計(jì)方案
　　基于相似理論設(shè)計(jì)并完成了相似比為1∶10的下伏隧道層狀巖質(zhì)邊坡大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。介紹了模型試驗(yàn)相似關(guān)系設(shè)計(jì)原則，確定了主要物理相似常數(shù)、根據(jù)相似關(guān)系選擇相似材料以及模型箱的邊界處理方法和監(jiān)測點(diǎn)的布置方案。將大瑞波、汶川波和Kobe波三種地震波作為輸入波，并制定試驗(yàn)加載方案。
　　(2)含隧道層狀巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律分析
　　對振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，重點(diǎn)分析了邊坡巖體在不同地震波形、加載方向以及不同加速

4、度峰值激振下的水平向、豎向加速度動(dòng)力響應(yīng)以及動(dòng)位移響應(yīng)特性等。對邊坡模型的水平向、豎向加速度響應(yīng)特性進(jìn)行了研究，得到了水平和豎向加速度放大系數(shù)沿坡體高程的分布特性，并分析了測點(diǎn)位置、地震波類型、加載方向以及地震動(dòng)強(qiáng)度等因素對水平和豎向加速度響應(yīng)規(guī)律的影響;分析了邊坡巖體地震動(dòng)位移響應(yīng)特性，探討了地震波類型、地震動(dòng)強(qiáng)度、測點(diǎn)位置等因素對巖體動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律的影響。
　　(3)含隧道層狀巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬
　　根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

5、設(shè)計(jì)方案，利用有限元軟件MIDAS GTS/NX對下伏隧道層狀巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了三維建模，以輸入不同激振強(qiáng)度的汶川波（WC-XZ雙向）和輸入激振強(qiáng)度為0.2g時(shí)各加載工況(WC-X，WC-Z，WC-XZ，DR-XZ，K-XZ)為例，將下伏隧道層狀巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力有限元數(shù)值模擬結(jié)果與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)兩者的變化趨勢基本一致，完成了模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬的相互驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上建立了無隧道層狀巖質(zhì)邊坡數(shù)值模型。通過有無隧道層狀巖質(zhì)邊坡地