高填方邊坡地震失穩(wěn)機(jī)制與穩(wěn)定性研究結(jié)題摘要

我國山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形成大量高填方邊坡，不斷發(fā)生的強烈地震嚴(yán)重威脅邊坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)施安全。因此，開展地震作用下的高填方邊坡穩(wěn)定性研究，揭示地震邊坡失穩(wěn)模式、觸發(fā)機(jī)制及其影響顯得尤為必要。本項目首先試驗研究靜/動力荷載下土石料的劣化機(jī)制，確定裂面產(chǎn)生與擴(kuò)展準(zhǔn)則，建立滑裂面本構(gòu)模型；其次，改進(jìn)傳統(tǒng)數(shù)值分析方法，提出能夠模擬滑裂面產(chǎn)生及擴(kuò)展的連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值分析理論及相應(yīng)的求解算法，構(gòu)建邊坡地震響應(yīng)數(shù)值分析平臺；開展不同地震動強度、水位、反壓等工況下的土石料超重力離心機(jī)模型試驗；最后，結(jié)合數(shù)值模擬和超重力力學(xué)模型試驗，再現(xiàn)了地震引發(fā)的邊坡失穩(wěn)滑坡過程，加深地震邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理的認(rèn)識。 2100433B

我國是一個多山地、多地震國家，山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形成大量高填方邊坡，不斷發(fā)生的強烈地震嚴(yán)重威脅邊坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)施安全。地震引起邊坡應(yīng)力波動傳播、土體循環(huán)軟化，導(dǎo)致邊坡局部發(fā)生張拉和剪切破壞，并擴(kuò)展為拉裂縫和剪切帶并存的貫通滑裂面，觸發(fā)邊坡失穩(wěn)滑坡。本項目首先試驗研究地震作用下土與滑裂面的循環(huán)軟化規(guī)律，確定滑裂面產(chǎn)生與擴(kuò)展準(zhǔn)則，建立基于連續(xù)變形的土體本構(gòu)模型和基于非連續(xù)變形的滑裂面本構(gòu)模型。在此基礎(chǔ)上，提出模擬滑裂面產(chǎn)生和擴(kuò)展過程的連續(xù)-非連續(xù)變形動力有限元分析理論及相應(yīng)的求解算法，構(gòu)建邊坡地震響應(yīng)數(shù)值分析平臺。結(jié)合數(shù)值模擬和超重力離心模型試驗，再現(xiàn)地震作用下邊坡失穩(wěn)滑坡過程，揭示高填方邊坡地震響應(yīng)動力特征、失穩(wěn)模式及其觸發(fā)機(jī)制，分析邊坡結(jié)構(gòu)形式、地震波時頻特性等對地震穩(wěn)定性的影響規(guī)律。最后，基于連續(xù)-非連續(xù)變形分析，提出邊坡地震穩(wěn)定安全系數(shù)分析方法，為高填方邊坡地震穩(wěn)定性評價提供技術(shù)支撐。

地震是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要因素。一般認(rèn)為剪切破壞是地震邊坡破壞的主要形式，穩(wěn)定性分析也多是基于純粹的剪切破壞機(jī)制。然而，近年來，在很多地震滑坡的現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了顯著的張拉破壞。對地震邊坡的張拉-剪切破壞機(jī)制進(jìn)行研究，并提出定量的穩(wěn)定性評價方法，是科研工作者面臨的一個新的研究課題。本項目采用理論分析—提出地震邊坡的張拉-剪切破壞機(jī)制概念模型、解析計算—建立基于張拉-剪切破壞機(jī)制的地震邊坡穩(wěn)定性極限分析法、數(shù)值模擬—非連續(xù)變形分析法模擬地震邊坡的張拉-剪切破壞漸進(jìn)發(fā)展過程和物理試驗—大型振動臺試驗驗證地震邊坡的張拉-剪切破壞機(jī)制等技術(shù)手段相結(jié)合的方式，對地震邊坡的張拉-剪切破壞機(jī)制和穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)研究。本項目旨在探明地震邊坡的張拉-剪切破壞機(jī)制，揭示地震荷載與邊坡張拉破壞深度、位置的定量關(guān)系，提出基于張拉-剪切破壞機(jī)制的穩(wěn)定性分析方法，為地震邊坡工程問題的解決提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

邊坡穩(wěn)定性問題是巖土力學(xué)與工程的基本問題之一，實際邊坡在破壞形式上呈現(xiàn)三維空間特性，然而傳統(tǒng)的平面應(yīng)變分析方法忽略了這種三維空間效應(yīng)，不可避免會影響實際邊坡穩(wěn)定性評價和滑坡問題反分析。本項目針對三維邊坡穩(wěn)定性分析開展了深入研究，首先針對邊坡極限分析研究中三維破壞機(jī)制的假設(shè)問題，運用變分極值原理推導(dǎo)了邊坡三維破壞機(jī)制幾何表達(dá)式，通過矢量分析在極限分析上限理論下數(shù)學(xué)證明了破壞機(jī)制的運動許可性，首次揭示了三維破壞面上剪切力方向與其運動許可性的關(guān)系，突破了巖土工程穩(wěn)定問題的極限分析三維破壞機(jī)制構(gòu)建只能預(yù)先假設(shè)的限制。其次基于變分-極限分析法，考慮水壓力、地震等因素對三維邊坡穩(wěn)定性的影響，繪制一系列穩(wěn)定圖用于快速評價三維土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，通過與平面應(yīng)變解對比分析發(fā)現(xiàn)：邊坡長度小于五倍坡高則需要考慮三維空間效應(yīng)對穩(wěn)定性的影響，反之則可以簡化為平面應(yīng)變問題沿用二維穩(wěn)定性分析方法。同時，針對現(xiàn)行規(guī)范中加筋土邊坡/擋墻過于保守設(shè)計問題，開展了加筋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維穩(wěn)定性分析，揭示了三維效應(yīng)對其穩(wěn)定性的影響規(guī)律和保守性貢獻(xiàn)度，提出了加筋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維穩(wěn)定性設(shè)計方法，研究成果獲得了美國聯(lián)邦公路局規(guī)范認(rèn)可。同時針對現(xiàn)行加筋土邊坡穩(wěn)定性設(shè)計忽略了轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)顯著三維效應(yīng)的問題，基于三維邊坡穩(wěn)定性分析方法考慮加筋作用建立了轉(zhuǎn)角加筋邊坡穩(wěn)定性分析方法，首次發(fā)現(xiàn)了平面應(yīng)變分析方法用于這種結(jié)構(gòu)形式設(shè)計偏于危險，形成了考慮三維效應(yīng)的轉(zhuǎn)角加筋邊坡穩(wěn)定性設(shè)計理論。最后，針對地下連續(xù)墻開挖槽深寬比產(chǎn)生的三維效應(yīng)，基于三維破壞機(jī)制開展了局部和整體挖槽穩(wěn)定性分析，建立了不同土層條件的地下連續(xù)墻開挖深槽穩(wěn)定評價方法，揭示了三維效應(yīng)對開挖深槽破壞模式和穩(wěn)定性的影響規(guī)律，研究成果用于指導(dǎo)地下連續(xù)墻挖槽安全所需的泥漿重度和高度現(xiàn)場施工控制中。 2100433B

內(nèi)容簡介

本書共6章，可分兩大部分，第一部分(前4章)總結(jié)了地震烈度與地震動參數(shù)(PGA、PGV)的研究現(xiàn)狀及理論，并收集了有關(guān)宏觀地震烈度與地震動參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，對其處理、分析與總結(jié)，給出了我國地震烈度與地震動參數(shù)對應(yīng)的合理范圍；第二部分(第5章)是基于房屋震害評定地震烈度的研究，對收集的我國房屋震害數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，給出了不同烈度對應(yīng)的不同結(jié)構(gòu)類型房屋的震害描述。 2100433B