边坡动力响应主导频率及其影响因素的模拟分析

运用FLAC有限差分程序,建立了一个边坡动力数值分析模型,对不同动力参数及岩土参数条件下的边坡响应规律进行数值模拟研究.结果表明,边坡动力响应放大系数与加载频率不是简单的线性关系,而是存在一个主导频率,即在该频率的动载作用下,边坡动力响应放大系数较大.进一步研究表明,主导频率主要受边坡岩土体剪切模量和密度的影响.提出了边坡动力响应放大系数与输入动力参数以及岩体力学参数间的函数关系.     

场地条件对西昌昔格达组三维地基地震动响应

为查明场地结构和填挖分布对西昌昔格达组沉积地层三维地基地震动响应规律的影响,利用有限元软件模拟了地震作用下2个三维计算模型表面的加速度分布情况。从场地平台结构、标高突变和填挖分区3个方面讨论地基地震动响应差异。研究表明：场地平台标高越高,竖直方向加速度放大系数变化越显著;标高突然增大引起竖直方向加速度放大系数骤增,向平台内侧延伸,加速度放大系数有减小的趋势;填方区加速度放大系数大于挖方区;地震动响应的地形放大效应具有方向性,数值分析应该采用三维计算模型。研究结果为西昌昔格达组地层场地地基方案比选和抗震设计提供重要依据。     

动力荷载作用下土质边坡加速度响应规律分析

应用FLAC数值模拟技术对土质边坡动力加速度响应规律进行了分析．研究发现：土体滤波与低频放大作用致使边坡加速度响应表现为垂直放大现象;波界面反射与叠加特性致使边坡加速度响应表现为临空面放大现象;PGA放大系数随坡高增加呈现“增加-衰减-增加”三段形态,其衰减现象主要由于坡脚潜在受拉剪滑带的形成所致;地震边坡潜在滑移面下部土体单元加速度响应小,而上部土体单元加速度响应大．     

地震作用下岩体结构及岩性对高陡岩质边坡动力响应特征的影响

为研究岩体结构及岩性对高陡岩质边坡地震响应特征的影响,该文建立了均质软/硬岩边坡、层状软/硬岩边坡4个数值模型,采用有限元方法进行动力分析。通过分析边坡的动力加速度放大系数(M_(PGA)),研究岩体结构及岩性对坡内波传播特征及其动力放大效应的影响。研究结果表明:岩体结构及岩性对坡内的波传播特征具有影响,软弱夹层使波在地震坡内出现了局部放大效应;相同条件下软岩边坡的动力放大效应大于硬岩边坡,与岩体结构相比岩性对边坡动力响应影响更显著,与均质边坡相比岩性对层状边坡的地震放大效应影响更大,均质软岩与均质硬岩边坡的M_(PGA)比值小于层状软岩与层状硬岩边坡的M_(PGA)比值;软硬岩边坡均表现出一定的高程及趋表放大效应,与均质边坡相比层状边坡的高程放大效应具有明显的非线性变化特征;软弱夹层对边坡的动力放大效应具有影响,层状边坡的动力放大效应大于均质边坡。     

岩质边坡的自震频率对其加速度放大系数的影响

以不同坡高、坡角和岩性的岩质边坡作为研究对象,首先,采用ANSYS的模态分析功能研究了岩质边坡的自振频率随不同影响因素的变化规律;其次,将数值计算模型导入CDEM软件中计算岩质边坡在不同频率正弦波作用下的动力放大系数;最后,以此探讨了岩质边坡自振频率对其动力放大系数的影响.结果表明：1)硬岩和软岩边坡的自振频率均随着坡高的增加而减小,且坡角对于前3阶边坡自振频率影响较小.2)当边坡自振频率大于地震波频率时,加速度放大系数随着地震波频率的增加而增大;当边坡自振频率小于地震波频率时,加速度放大系数随着地震波频率的增加而减小.3)坡高和坡角相同时,加速度放大效应主要受岩性影响,且软岩边坡的加速度放大系数整体上大于硬岩边坡.     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

岩体力学参数优化算法在动力响应求解中的应用

在动荷载作用下,边坡内部岩体参数将随之发生动态变化.许多数值模拟研究中选取计算参数的依据不够充分或者较为模糊,工程计算中一般根据经验将静态弹性模量值增大,这将导致计算结果很难吻合实际情况.如能较为准确地把握岩体力学参数在动荷载作用下的变化规律,在数值模拟中选取适当的力学参数进行计算,可极大地提高数值模拟的可靠性.因此,本文以振动台物理模拟试验结果为基础,结合拟合优度算法提出动荷载作用下层状岩质边坡内部力学参数的优化公式,合理修正数值模拟中选取的力学参数值.利用FLAC3D差分软件对优化后的数值模型进行验证计算,计算结果和试验结果较为吻合.该优化方法可以在有限试验的基础上,结合数值模拟方法较为精准地计算多种拓展的概念模型,更好地分析地震动作用下不同内部结构的复杂地质边坡动力响应变化规律.     

基于连续介质的裂隙岩体流固耦合数值分析

基于库区水位涨落或暴雨入渗,经过演变易造成滑坡,研究渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,通过理论推导,提出裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型;以湖北潘口水电站进水口边坡为研究对象,建立基于连续介质的裂隙岩体流固耦合渗流数值计算分析方法。研究结果表明:边坡在开挖过程中变形以卸荷回弹变形为主,回弹变形范围随开挖逐级增大,各级边坡开挖对邻级边坡变形的影响最显著,对较远坡段的影响逐步减弱;边坡开挖面基本处于小拉应力状态,边坡浅表层拉应力区分布范围及量值均很小;边坡全部开挖完成后,边坡的塑性区主要沿近坝的开挖马道外缘分布,分布范围小,在表层岩体内;裂隙岩体流固耦合模型的三维数值计算能够较真实地模拟边坡开挖过程位移场、应力场、塑性区、拉应力区的分布规律。     

岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明:微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03~0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04~0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。     

非发震断层场地地震动力响应特性研究

建立了12个理想化断层场地模型,采用粘弹性人工边界及相应的波动输入方法,用二维动力有限元分析了非发震断层场地的动力响应。结果表明,断层对场地的地震动有明显的影响,距断层越近的场地震动的放大系数越大。对于垂直断层,场地的振幅放大效应对称分布,而倾斜断层对其上盘地震动的影响要大于下盘场地地震动的影响。断层破碎带厚度变化对场地的地震动影响不大,而断层的深度变化对场地地震动的影响作用明显。断层破碎带边界处发生了强烈的波型转换,而中间位置波型转换较小。     

含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4～7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.     

三峡船闸高边坡及中隔墩变形影响因素分析

通过数值模拟计算,分析了初始地应力、岩体卸荷弱化效应、锚索加固和地下水等因素对三峡永久船闸高边坡变形的影响及中隔墩异常变形机理.研究表明:初始地应力是影响两侧高边坡变形的控制性因素,岩体卸荷弱化效应对边坡变形也有重要影响,锚索对节理裂隙面变形有较大的限制作用,地下水对变形的影响不明显;中隔墩三面临空,卸荷充分,节理裂隙扩展引起的各向异性变形以及初始地应力引起的不对称变形是中隔墩整体向北变形的主要原因,而开挖次序不是其主要原因.     

地震作用下结构主动调谐质量阻尼器最优控制设计

基于Kanal-Tajimi地震动模型，建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)结构系统的位移和加速度传递函数．定义ATMD最优参数的评价准则为：设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化．ATMD有效性的评价准则定义为：设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化与未设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数之比．定义ATMD冲程的评价准则为：ATMD的最大位移动力放大系数．基于选择的评价准则，研究了地震卓越频率(EDF)对ATMD在控制结构位移和加速度响应时的最优参数、有效性和冲程的影响．     

斜坡岩体卸荷分带量化研究

岩体卸荷及卸荷带划分一直是水利水电工程地质研究的重要内容，它是影响坝基建基面选择的主要因素之一。作者在分析国内外岩体卸荷分带研究成果基础上，提出了采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度、透水性系数等作为岩体卸荷分带的量化指标，并采用裂隙开度、裂隙条数、纵波速度对工程区部分平洞岩体进行卸荷带划分，其结果与现场定性划分的卸荷带界线基本一致。岩体卸荷分带量化指标的建立为岩体卸荷带划分的工程实践提供了参考依据。     

耦合地震作用下阶梯型边坡的动力响应与稳定性分析

对某阶梯型多土层边坡,采用原始记录的EI centro水平、竖向地震波作为地震动输入条件,引入位移、速度、加速度等3量的放大系数对边坡坡面的动力响应特性进行描述,并进行动力稳定性分析.计算结果表明:在地震作用下,边坡坡面质点的位移、速度随高程的增加呈增大的趋势,而加速度随高程的增加呈不规则变化;耦合地震作用下的动力响应比水平地震更为剧烈;在耦合地震作用下,坡面质点的水平三量峰值与竖向三量峰值之比的大小顺序为:速度(3.59)位移(2.66)加速度(2.20);采用两种动力稳定性分析方法计算的安全系数大致相同,计算结果相差在5%以内,且耦合地震作用下的安全系数要略小于水平地震作用下的安全系数,说明在工程上需要考虑耦合地震的影响.     

地震诱发工程岩体结构面滑移概率分析

基于非平稳随机地震动模型,编制快速合成人工地震动的程序以实现对工程地震动的随机抽样。对工程岩体地震响应进行等效线性数值计算时,定义结构面的水平等效加速度(时程),将结构面水平等效加速度(时程)的最大值超过其屈服加速度(滑移阈值)作为岩体失稳的极限条件;基于地震动随机抽样和等效线性化时程计算,提出一种随机地震动作用下工程岩体沿结构面的滑移概率和稳定可靠度的计算方法。考察某工程岩体在附近3个潜在震源影响下的结构面的滑移概率和稳定可靠性。结果表明,震级相差不大时,远场地震诱发该工程岩体的失效概率小于0.01%;近场地震作用下,工程岩体的失效概率为26.1%。     

1786年磨西地震触发的摩岗岭滑坡演化过程与成因机理

研究1786年磨西地震触发的摩岗岭滑坡特征及形成演化过程.采用资料收集、地面调查、三维实体模型、高精度遥感影像、理论分析、数值模拟等技术方法,对摩岗岭滑坡的形成进行全过程演化分析.摩岗岭地震滑坡演化过程分为6个阶段:河谷高边坡形成阶段以及斜坡浅表部岩体卸荷拉裂阶段、卸荷拉裂隙扩展阶段、潜在滑动面形成阶段、震动拉裂和高速启动阶段、抛射撞击溃散阶段、滑体堵江及溃决阶段.其成因机理为卸荷震动拉裂-剪断抛射堆积.     

西南水电工程坝址峨眉山玄武岩卸荷分带研究

岩体卸荷及其产生的变形现象已成为水电工程建设中一个突出的问题.在分析西南水电工程中峨眉山玄武岩岩体卸荷划分方法的基础上,采用已被大多数工程所运用的岩体的张开裂隙条数、裂隙张开度和纵波速度作为卸荷带划分量化指标,对白鹤滩水电站卸荷带进行了划分,证明了此量化指标作为卸荷带划分的统一标准的可行性.进一步结合卸荷带的地质特征,探讨了峨眉山玄武岩岩体卸荷带划分的统一标准问题,提出了卸荷带划分的建议方案.     

地震作用下岩石边坡稳定性有限元模拟

为研究地震作用下岩石边坡的稳定性问题,根据实验室直剪实验结果确定了完整的岩石样本的抗剪指标参数,并根据岩体裂隙间距对其进行了弱化折减.采用有限元强度折减方法评估了含节理岩石边坡的稳定性,计算了临界滑移面的安全系数.通过Drucker-Prager破坏准则判断岩石边坡有限元模型中每个单元的滑移状态.采用准静态方法模拟岩石边坡地震作用荷载,讨论地震动力放大系数对边坡抗滑稳定性安全系数的影响.基于有限元分析结果,确定不同地震作用组合下岩石边坡在极限状态下的塑性区分布和滑移面的安全系数.     

不同类型降雨条件下含裂隙土质边坡渗流特性分析

裂隙破坏了土体完整性,使得土体的渗流特性差异较大.为研究含裂隙土体在不同类型降雨条件下的渗流特性,利用Geo-slope软件中的Seep/w模块进行了模拟分析,就不同裂隙方位角α,不同的渗透系数比值μ以及不同裂隙深度h在不同类型降雨条件下的体积含水量与孔压变化规律进行了探讨,结果表明:不同裂隙深度土体内部含水量与孔压均存在一个最大影响深度,裂隙深度越大,影响深度越大;土体渗透比越大,土体表层含水量消散速度越快,但土体渗透比大于10后渗流要素差异较小;裂隙角度越小,土体内部含水量与孔压上升越快;不同类型降雨影响了含裂隙土体内部孔压与体积含水量的瞬时数值变化大小,对于孔压以及体积含水量的变化规律影响较小.研究成果为认识裂隙边坡在不同类型降雨条件下的渗流规律提供了相应的参考.