卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响数值模拟探究

《卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响数值模拟探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响数值模拟探究　　摘要：本文采用数值模拟的方法，利用UDEC软件，开展了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究，研究内容涉及卸荷裂隙密度及卸荷裂隙带深度的影响。根据该数值模拟出的结果可以看出，鞋盒裂隙的密度呈现的越大，其地震动就在该卸荷区域内的动力响应就会更加的强烈，而在坡肩上的加速度放大系数也就很大；卸荷带水平深度越大，卸荷岩体的动力响应的加速度放大系数就越小。上述规律对于岩质卸荷裂隙发育边坡地震稳定性分析具有指导意义。关键词：卸荷裂隙岩质边坡数值模拟中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0069-02岩质边坡

2、在人工开挖和风化侵蚀下其侧向应力减弱，发生卸荷回弹，导致卸荷裂隙在岩质边坡中普遍发育[1]。这些卸荷裂隙一般是平行与坡面分布，与软弱面或岩层面相交切割边坡后往往形成危岩体，这些危岩体在地震力、重力及水压力的共同作用下有可能形成崩塌、滑坡等地质灾害，严重威胁人民群众的生命财产安全。7本文展开了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的二维数值模拟研究。鉴于离散元软件UDEC可以很好地解决离散岩体的非线性动力分析问题，并已经在边坡工程、地下结构工程和采矿工程等领域上广泛的应用了[5]，本文的数值模拟采用了UDEC软件。为便于边坡内不同位置地震动强度的比较，研究中定义边坡岩体中一点地震动峰值加速度aP与坡脚

3、处地震动峰值加速度aP0之比为边坡的地震动加速度放大系数x（x=aP/aP0）。本文研究内容涉及卸荷裂隙间距及卸荷深度对岩体边坡地震动加速度放大系数空间展布的影响。1含卸荷裂隙边坡动力响应模拟方案1.1基本假定岩质边坡动力响应所受结构面的影响，以下就是本文的研究，且遵循如下假定。（1）应力应变关系：平面是应变状态。（2）岩石材料：各向同性材料是均匀的。（3）结构面本构关系：莫尔-库伦滑动模型。（4）入射地震波：剪切波从模型底面垂直入射。1.2模型工况选择岩体中结构面的分布具有不确定性，而且其发育的规模和特征也有很大的不同，考虑现实中所有情况下岩质边坡动力响应所受结构面的影响存在着很大的困难

4、。为了突出主要矛盾，考虑岩体边坡中卸荷裂隙发育的一般情况，本文主要采用平行于坡面的结构面来模拟卸荷裂隙。主要工况为如下。7坡面向内一定范围内，在垂直于这个坡面，我们可以布置几条平行于坡面的结构面，上部切穿坡顶面，下部截止于一条水平贯穿性结构面。我们设定，结构面刚度值为较低值，结构面抗拉强度为零。，在这种情况下，工况主要模拟岩质边坡动力响应所受卸荷带的影响。模拟中主要考虑卸荷裂隙发育密度和卸荷带深度的变化。工况示意图如图1所示。图中：D为边坡水平长度；H为边坡高度；h为结构面与坡面交点位置高度；b为坡角；γ为结构面倾度；d为卸荷裂隙间距，l为卸荷裂隙带的高度；s为卸荷带深度，f为入射地震波频

5、率。模拟中主要关注结构面附近加速度放大系数等值线的分布与坡肩放大系数的量值。1.3模型边界条件与参数选取为了消除截断边界对于应力波的反射效应，模型底面边界采用粘滞边界，模型两侧采用自由场边界[2]。为便于边坡内不同位置地震动强度的比较，引入本文开始定义的无量纲参数，边坡地震动加速度放大系数ξ。为了全面了解边坡各个部位的动力响应，利用程序自带的FISH语言编制了自动布置监测点的函数，记录计算过程中监测点上地震动加速度的变化过程，并自动计算每个监测点上地震动加速度的最大值。计算持续时间应该保证入射地震波传播到坡顶并发生反射叠加作用，待波场稳定后再进行加速度最大值的提取。各种工况模型参数按表1选

6、取。1.4地震荷载7地面地震动过程一般以水平方向振动为主，频率成分复杂，地震动加速度主频一般在2～10Hz[3]。为了进行一般规律性研究，本次数值模拟地震动力荷载输入采用水平向简谐振动剪切波，从模型底部边界垂直入射。首先确定输入地震动加速度时程，然后对其进行积分转化成速度时程，再将其转化成应力时程从边界输入。选择加速度振幅为1m/s2、频率为5Hz的简谐水平地震动作为输入地震荷载，进行边坡地震动响应的数值模拟研究。同一测点上地震动的位移、速度或加速度均随输入地震荷载的强度的增加而增加，三者的强弱变化一致，在边坡中的强弱分布形式相同。所以，在边坡地震响应数值模拟中可选用地震动加速度放大系数来

7、表示边坡地震动响应强度的分布[6]。2卸荷裂隙对岩质边坡动力响应的影响2.1卸荷裂隙间距d为了研究卸荷裂隙密度对边坡动力响应的影响，在高度为60m、坡角为60°的岩质边坡肩部设置深度s=20m、高度为l的卸荷带。在卸荷深度范围内分别按照裂隙间隔d分别为5m，10m，20m设置与坡面平行的卸荷裂隙，卸荷裂隙上端与坡顶面相交，下端截止于一条长度与卸荷深度相同的水平结构面，此水平结构面至坡顶的距离即为卸荷裂隙带高度l，l设为1