耦合地震作用下多级非均质土坡动力响应规律.pdf

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1、第37卷第7期人民黄河Vo1．37．No．72015年7月YELLOWRIVERJu1．．2015【工程建设管理】耦合地震作用下多级非均质土坡动力响应规律黄诗渊，刘健，李书杰，邓增凯。，曹智(1．重庆交通大学河海学院，重庆400074；2．重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆401121；3．赣州市水文局，江西赣州341000)摘要：对多级非均质边坡，采用基线校正的10s水平加速度时程和竖向加速度时程作为地震输入条件，对坡面质点的位移、速度、加速度三量响应规律进行分析。结果表明：在双向耦合地震波的作用下，多级非均质土坡坡面质点的位移和

2、速度随高程的增加而增大，坡体质点的最大水平动位移和最大竖向动位移均在坡顶出现峰值；引入PGA放大系数对坡面质点加速度进行描述，坡面质点的加速度放大系数随高程增加时而增大时而减小，在每一级土坡会发生律动现象；水平三量峰值与竖向三量峰值之比的大小顺序为位移>速度>加速度。关键词：多级边坡；耦合地震；非均质土坡；动力响应；放大系数中图分类号：TU435文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2015．07．031边坡工程问题一直是地质及岩土工程等领域研究者采用加拿大著名岩土工程分析软件Geo—Studio对的重

3、点⋯，目前边坡的静力稳定性分析方法和经验趋二维多级非均质土坡模型在双向地震波作用下的动力于成熟。多山和地震频发客观上决定了我国存在大量响应规律进行了分析。的边坡地震灾害问题_2J，仅在静力条件下考虑边坡的1土坡动力分析模型建立及参数确定稳定性是远远不够的。因边坡结构与本构关系具有多样性以及地震荷载具有不确定性J，故边坡的动力问1．1计算模型与边界条件题比静力问题更加复杂，动力响应涉及岩土力学、工程为了研究多级非均质土坡的动力响应规律，选用地质学、地震振动学、地震物理学、地震工程学和岩土某三级多土层边坡进行分析，该边坡高度为30m，各工程

4、学等，属于一个多学科交叉的复杂问题。目前级坡高均为10m，每两级边坡间设一宽3m的平台，对于地震荷载作用下的边坡稳定分析方法还处于探索地下水位埋深为14．2～35．4in。为了记录土坡坡面阶段，如何科学合理地考虑地震作用对边坡稳定的影质点动力响应情况，在土坡坡面每隔5m高程设置一响，确定边坡失稳的判据和边坡稳定计算方法等，仍有个监测点，此外各级平台内、外侧也分别设一个监测待深入研究。点，其中点为第三级边坡的坡肩，、c、D点则分别在以往地震作用下边坡的动力响应分析中，对水为各级边坡的坡脚，将这4个点设为典型监测点(见平向地震波作用考虑较多

5、，往往忽视了竖向地震波的表1和图1)。作用，而通过对许多典型地震的灾后调查发现，竖向地静力分析中，底部边界采用固定边界，左右两侧边震力作用十分明显，尤其在强震的震中附近，竖向与水界约束方向位移；动力分析中采用动力边界条件，用平向地震动加速度之比为0．5—2．4，平均值接近于于减少模型边界上波的反射。二维有限元土坡模型选1_8J用四边形单元，划分边坡土体应变单元1344个，节点。震中附近的地震纵波几乎竖直出露地球表面，质点的振动方向与波传播方向一致，不断挤压并拉张总数1393个，土层从上至下依次编号为1、2、3，模型其穿过的土体；横波的质

6、点振动方向则与波前进的方网格划分和土层区域编号见图2。表1典型监测点坐标m向垂直，反复对其穿过的土体进行剪切，因此竖向加速度几乎全由纵波产生，而水平加速度几乎全由横波产监测点坐标y坐标监测点坐标Y坐标8960C5l40生。随着震中距的增大，地震波会以一定的入射角出B6950D3330露地球表面，此时的竖直方向波和水平方向波会分别产生各自的竖直方向、水平方向加速度L9J。故在进行地震作用下土坡动力响应分析时，须综合考虑水平向收稿日期：2014—09-26作者简介：黄诗渊(1991一)，男，江西赣州人，硕士研究生，研和竖向加速度的耦合作用。

7、以往研究大多以均质土坡究方向为水利工程。模型进行动力分析，对多级非均质土坡的研究较少，笔E—mail：eqjtdxhsy@163．eom·121·人民黄河2015年第7期开始逐渐累积。各个监测点中，水平位移的大dql~,序为显著，峰值速度0．065m／s于1．22s在B点出现。为A>B>C>D，位移在第三级边坡坡肩处达到峰值坡面上质点水平速度峰值与竖向速度峰值之比为0．1ITI，可知坡面上质点的水平向位移随高程的增大而2．46。增大，这与边坡内部质点的位移分布情况大体一致(图6)，印证了何蕴龙等研究发现的“水平动力位移随高程增加而增大，

8、呈较强的线性规律”。土坡内部质点最大反应水平动位移和竖向动位移均呈现随高程的增加而增大的规律(见图6)，水平位移峰值为0．1m，竖向位移峰值为0．034m，均出现于第三级边坡坡顶处。坡面上质点水平位移峰值与