结构面产状对岩质边坡动力响应的影响.pdf

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1、第45卷第1期人民长江Vo1．45．NO．12014年1月YangtzeRiverJan．，2014文章编号：1001—4179(2014)01—0057～05结构面产状对岩质边坡动力响应的影响廖少波，王俊毅，刘晓，张抒(1．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074；2．中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安710075；3．中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心，湖北武汉430074)摘要：采用三维离散元软件3DEC作为计算引擎，开展了结构面产状对岩质边坡动力响应影响的数值研究

2、。在研究中记录边坡模型中每个监测点的响应加速度幅值，在此基础上，绘制了边坡的加速度峰值放大系数等值线图。研究结果表明，结构面产状的变化对加速度峰值放大系数等值线的分布特征有着显著的影响。相比于逆倾结构面边坡，顺倾结构面边坡具有更为强烈的地震动响应，其动力稳定性问题也显得更加突出。关键词：动力响应；结构面；放大系数；3DEC；岩质边坡中图法分类号：P642文献标志码：A边坡动力响应是边坡动力问题研究的重要方1．1平面SV波入射结构面的基本特征面---31。地震作用所引起的边坡动力响应是指边坡中当平面sV波垂直入射

3、结构面时，将会产生反射由地震动引起的加速度、速度、位移、应力及应变等量sV波和透射sV波。Pyrak—Nolte等给出了平面SV值的响应变化。边坡岩土体的不均匀性、各向异性波垂直入射单个结构面的透射系数导致其动力特性较为复杂，加之地震荷载具有随机性、rk．]丁l复杂性，这两方面的影响使得边坡的动力响应问题较-一静力问题更为复杂。随着计算机技术的发展以及数值5I羔l(1)方法的不断改进，边坡动力响应分析获得了较大发展，很多学者对此开展了大量的研究，并取得了一定的成果。式中，ITsI为sV波垂直入射单个结构面的透射

4、系数；本文运用3DEC软件的动力分析模块，分析了地k为入射结构面的切向刚度；为波阻抗；p为岩体材震荷载作用下结构面产状对岩质边坡加速度放大系数料的密度；C为岩体剪切波波速；K为无量纲切向刚的影响规律，为岩质边坡动力反应研究提供参考。度，K=ks／z∞；∞为入射sV波的角频率。由式(1)可以得知，当K一∞时，II一1。l数值模拟软件可靠性验证验证思路：将数值模拟计算所得到的透射系数与上述公式的透射系数理论解进行对比，以此说明数值模拟结果是否具有可靠性，首要前提是数值3DEC数值模拟软件的可靠性。模拟软件的选择是否

5、具有合理性。为了验证本文所选的3DEC数值模拟软件对于本文研究内容的可行性，1．2结构面透射性能分析下面将以一个简单算例来进行验算。建立长度为100m，高度为10m的岩石柱体(见收稿日期：2013—07—17基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目(41102195)；中国博士后科学基金面上资助项目(2012M521500)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGL100234)作者简介：廖少波，男，博士研究生，主要从事工程地质模拟、滑坡演化机理和控制理论方面的研究。E—mail：156204279@

6、qq．COITI58人民长江图1)，在=50m处设置一垂直结构面，岩柱右侧施表2透射系数理论解与计算值对比加黏滞边界。在岩柱的左端a点(=0m)处施加一个正弦动荷载，频率为2Hz，振幅为1cm／s，作用时间为0．5S。在b点(=90m)处记录穿过结构面后的透射波。2结构面产状对岩质边坡动力响应的影响2．1数值模拟方案2．1．1计算模型图1结构面透射系数计算模型示意为研究结构面产状对岩质边坡加速度放大系数的岩体力学参数及剪切波波速设置见表1。结构面影响规律，本文设计了一概化三维模型(图3)，取长×的凝聚力C的取值

7、要足够大，以保证不发生滑动，本次卜-●引_．1高×厚为120m×60m×10m的区域为计算范围，其计算结构面凝聚力为2MPa。为方便起见，假定结构中坡高为40m，坡角为45。，坡顶后缘长60m。本文以面的法向刚度与切向刚度相等，分别计算K取值为1，与坡面相交的贯穿性结构面为研究对象，用来模拟边2和5时结构面的透射性能。坡岩体中延伸较好的层面及软弱结构面，该结构面与表1岩体力学参数及剪切波波速坡面的交点位于坡面的中部，交点与坡脚的垂直距离为20m，结构面倾角为Ot。1，n在完成结构面的透射计算后，根据监测点b处所

8、得到的透射波形(图2)，按透射波与入射波的振幅比值来定义结构面的透射系数：All=(3)A，式中，A，为入射波的幅值；A为穿过结构面的透射波图3边坡动力分析模型(尺寸单位：m)的幅值。计算中岩体材料为弹塑性材料，采用Mohr—Cou．1omb屈服准则，结构面采用面接触的Coulomb滑动模型⋯。模型岩石材料和结构面的物理力学指标分别如表3，表4所示。表3模型岩石物理力学参数图2K=5时