軟硬組合型斜坡地震動響應(yīng)的大型振動臺模型試驗研究.pdf

1、在我國多山、多地震的地質(zhì)構(gòu)造背景下,斜坡地震動響應(yīng)問題突出。2008年的‘5.12’汶川Ms8.0級地震在山區(qū)引發(fā)了數(shù)以萬計的斜坡次生地質(zhì)災(zāi)害,損失巨大。震后,多數(shù)學者集中于震源機制、災(zāi)害形成機理或災(zāi)害風險管理與評價方面的研究,對斜坡的動力響應(yīng)特性研究甚少。震后調(diào)查表明,斜坡的動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)尤為強烈。沿發(fā)震斷裂帶分布的極震區(qū),豎向地震動力特征表現(xiàn)明顯。對有關(guān)斜坡動力響應(yīng)特性的宏觀上的定性

2、認識在國內(nèi)外并不少見。然而,由于缺乏充足的地震實測數(shù)據(jù),加上影響因素錯綜復雜,實現(xiàn)斜坡動力響應(yīng)規(guī)律的時空定量化統(tǒng)一,從而用于指導工程實踐還言之尚早。隨著全球逐漸進入地震活躍期,對這一問題的研究必將具有重大的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本文以‘5.12’汶川地震為研究背景,旨在通過物理模擬試驗手段在一定程度上探討斜坡的地震動響應(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)計并完成了1:100比尺的大型振動臺試驗。從最開始的相似關(guān)系設(shè)計和相似材料選取,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準備與試驗過程設(shè)計思路。
　　 (2)通過在模型底部輸入不同類型(按頻譜特性不同分類)、激振方向和振動強度的激振波,觀測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參數(shù)的關(guān)系

4、。同時,對斜坡模型的失穩(wěn)破壞機制分析表明,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)試驗共完成了101個工況的加載,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程波形數(shù)據(jù),隨后提取出了每個波形的絕對峰值(PGA)并計算出其相對于臺面的放大系數(shù)。通過對這些數(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、激振方向和振動強度對加速度響應(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力響應(yīng)特性的差異。結(jié)果同時表明,激振波頻譜特性的不同導致了模型完全不同的動力響應(yīng)規(guī)律；合成向激振相比單向激振使模型產(chǎn)生了更強的響應(yīng)；在天然波作用下,隨著振動強度的增加,模型在水平向和豎直向的響應(yīng)強度均有所減弱。
　　 (4)最后,對加速度時程波形進行了傅里葉變換,再利用兩種常見的傅里