地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析.pdf

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1、第１期水利水运工程学报Ｎｏ．１２０１７年２月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．００３梁超，张金良，练继建．地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（１）：１８－２５．（ＬＩＡＮＧＣｈａｏ，ＺＨＡＮＧＪｉｎｌｉａｎｇ，ＬＩＡＮＪｉｊｉａｎ．Ｈｙｄｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｅｅｐａｇｅｓｌｏｐｅｕｎ

2、ｄｅｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７（１）：１８－２５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析梁超，张金良，练继建（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津３０００７２）摘要：３Ｄ运用有限差分软件ＦＬＡＣ，建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型，基于Ｆｉｎｎ动孔压增长模型，对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析，并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明：含地下水边坡的地震动峰值加

3、速度ＰＧＡ放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡，地下水位升高时，ＰＧＡ放大系数和坡顶加速度呈波动变化，当边坡土体处于完全饱和状态时，两者均明显增大；坡脚加速度随水位变化也呈波动状态，当边坡土体处于完全饱和状态时，同样明显增大；含地下水边坡的ＰＧＡ放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱，规律性较差，但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应；表面风化层的塑性区随水位升高，其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加，表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看，地下水对地震作用下顺层岩质

4、边坡的稳定不利。关键词：顺层岩质边坡；地下水；地震作用；动孔压模型；加速度响应＋中图分类号：ＴＵ４１３．６２文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０１－００１８－０８滑坡与地震、火山喷发并列为三大地质灾害，引起滑坡的原因主要是强降雨和地震。因此，相当一部分滑坡可以看成是地震的次生灾害。２００８年四川汶川８．０级地震引起地质灾害５４３０处，其中滑坡３５７２处，崩塌为６００处，泥石流为７３７处，不稳定斜坡为５２１处，均与边坡在地震作用下的失稳破坏有关。边坡的地震动力分析是岩土工程界和地震工程

5、界的研究热点。近年来，很多专家学者对于地震作用下边坡动力响应的［１］数值模拟进行了大量研究。何蕴龙等通过有限元动力分析方法，得到了岩石边坡地震作用近似计算方［２－３］［４－５］法；祁升文等通过大量数值模拟，发现了高、低边坡动力反应的不同形式；言志信等对于顺层岩质边坡地震作用下的加速度响应规律、频谱特性、破裂面位置以及失稳的判定进行了较全面的研究，并对耦［６］合地震波作用、多级平台和黄土地质等情况进行了研究；徐光兴等对边坡地震动力响应做了大量的模型试验，所得结果与模拟计算结果大致吻合。但无论是数值模拟还是

6、物理模型试验，均未考虑地下水的作用。实际上，边坡岩土体是由岩石（或土）、水、气构成的三相体系，大多数岩土体的动力反应均有地下水的参与。因此，地震作用下岩土体的动力反应是一个极其复杂的流固耦合过程，流体赋存于岩土体的孔隙中，会使岩土体的质量增加，改变质量分布，从而使其模态发生改变；同时也会使岩土体的应力状态产生变化，根据有效应力原理，总应力由岩土体骨架所受的有效应力和孔隙水压力共同承担。在不透水条件下，孔隙水压力不断累积，岩土体的动力指标，如位移、速度、加速度、动应力、动应变等均受到孔隙中所含水分的制约与

7、影［３］响，流固二相体系的动力特性必将有所改变，而且可能与单相体系差异极大。例如，自然界中水的单相体收稿日期：２０１６－０２－０４基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１５７９１７３）；国家科技支撑计划资助项目（２０１３ＢＡＢ０５Ｂ０５）；国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０４０１７０５）作者简介：梁超（１９８９—），男，山西忻州人，博士研究生，主要从事泄洪诱发水工结构及周边场地振动的研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：Ｌｉａｎｇｃｈａｏ⁃００１６＠ｓｉｎａ．ｃｎ通信作者：练继建（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｊｎｐ＠１２６．ｃｏｍ）

8、第１期梁超，等：地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析１９系不能传播剪切波，而赋含地下水的岩土体二相体系则恰恰相反。剪切波（地震切向力）与压缩波（地震竖［７］向力）同样是造成边坡失稳破坏的主要原因，在距离震中较远的情况下，剪切波对边坡的破坏作用大于压缩波。因此，对流固二相体系的动力反应进行专门的研究非常必要。目前对地下水的研究主要集中于静力作用下，地下水位迅速上涨或下跌使边坡前缘滑动或产生超孔隙水压力对边坡稳定造成不利影响，而对于地下水位不变