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复杂山区斜坡的地震动力响应分析

陈建君  
【摘要】: 地震是诱发边坡失稳,发生崩塌、滑坡、泥石流的一个主要诱因。我国是一个多山多地震的国家。5.12汶川大地震诱发了数以万计的崩滑灾害,造成了巨大的破坏和损失。因此研究边坡的地震动力响应规律具有重要的理论与现实意义。 本文基于5.12汶川大地震中边坡的地震动力响应特征,在对汶川地震区斜坡失稳破坏情况进行大量的现场调查的基础上利用数值模拟与物理模拟的手段系统地研究了斜坡的地形地貌、坡体材料组成和地震动荷载条件等因素对斜坡变形破坏的影响,分析了地震力对斜坡的作用机理,探讨了强震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程。研究发现斜坡地震动力响应具有以下规律。 1)坡体地震动力响应总体上呈现非线性的变化,水平方向和垂直方向的动力响应都在不断变化。总体上,坡体表面的动力响应大于坡体内部的动力响应,坡体顶部的动力响应大于坡体下部的动力响应。 2)垂直地震力对斜坡变形破坏的作用小于水平地震力的作用。地震动荷载的振幅对坡体的动力响应分布规律的影响不大,不同振幅的振动荷载作用下,加速度放大系数的分布形式基本相同。地震动荷载的频率对坡体的动力响应的影响作用明显。在一般情况下,动荷载的频率越高,坡体中响应加速度的差异越大,响应情况的变化也越大。 3)斜坡对地震加速度的放大效应并不随坡度、坡高的增加而线性增大。坡度为20~50°的斜坡对地震的响应更明显。随坡体高度的增加,加速度和速度放大系数的极值区在增加,将出现更多的增减变化。地形对斜坡动力响应的影响作用明显,地震波在地形转折部位、单薄的山脊部位、孤立山头或多面临空的山体等坡面地形发生变化的部位有显著放大效应。 4)斜坡中硬岩的动力响应程度大于软岩。硬岩斜坡通常发生的是崩塌类的灾害,而软岩和土质斜坡中通常以滑坡居多。 5)水平地震力对坡体的作用主要是拉裂破坏。地震力首先在斜坡坡顶产生走向垂直于地震力作用方向的竖向拉裂缝,同时带动裂缝外侧变形体沿水平方向运动,产生倾向与运动方向相同的拉、剪裂缝,最后沿此面整体失稳破坏。地震力作用的过程一般经历了拉裂缝的产生、向临空方向变形、裂缝的发展和失稳破坏四个阶段。


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