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云川藏疆等高烈度地区处于公路、铁路、水利等基础设施建设快速发展时期，由地震诱发的岩质边坡崩塌灾害是工程防护治理过程中常见技术难题之一，其中尤以水平复杂层状岩质地震型边坡为甚，在软岩岩腔风化作用及地震联合作用下，该类型边坡失稳常造成巨大经济财产损失。但地震及风化联合作用下的水平复杂层状岩质边坡动力破坏机制涉及数学、力学等诸多学科，计算过程无疑十分复杂，因此揭示两者联合作用下的水平复杂层状岩质边坡动力破坏机制有着重要的科学指导意义及实用价值。
本文依托国家重点研发项目子题“高陡边坡、高填及特殊路基的健康监测、全生命期安全评价和预警平台方案设计”(编号2016YFC0802203)，以水平复杂层状岩质边坡为研究对象，基于断裂力学、材料力学、牛顿力学和HHT三维时频谱分析，采用三维离散元颗粒流的数值模拟方法，展开高烈度地区不同风化程度的水平复杂层状岩质边坡稳定性、破坏模式及动力响应分析，具体研究内容及结论如下：
(1)基于极限平衡法，建立不同风化程度及地震横纵波作用下边坡稳定系数计算方法，发现岩腔深度1.5~4.5m、裂隙深度25%~50%的边坡受地震横波作用影响较大，岩腔深度6m、裂隙贯通率62.5%的边坡受地震纵波作用影响较大；结合断裂力学、材料力学与牛顿第二定律建立了地震作用下考虑层间荷载的水平复杂层状岩质边坡稳定系数计算方法，揭示了边坡各岩块稳定性衰减过程，获得了其崩落时间。
(2)通过展开室内砂泥岩常规、动三轴试验及PFC数值三轴伺服试验获取了岩石在PFC三维颗粒流数值模型中的细观参数，并探讨了阻尼比细观参数对两种岩石宏观力学特性及强度衰减的影响。发现在常规三轴试验中，砂岩脆性随围压增大逐渐减弱，而泥岩脆性衰减特性则呈V型变化；PFC数值三轴伺服试验中泥岩颗粒呈剪切性破坏，砂岩颗粒呈张拉性破坏；在动三轴试验中，含裂隙较不含裂隙的砂岩抗压强度峰值应力降低了16.7%~25%。
(3)以四川汶都公路水平层状岩质边坡为研究对象，利用PFC三维离散元颗粒流方法建立了该边坡三维颗粒流数值模型，展开了岩质边坡在风化与地震联合作用下的破坏模式、崩落序列、稳定性变化及动力响应规律分析。发现地震作用下该类岩质边坡基本破坏模式可分为拉裂-水平滑移破坏(岩腔深度1.5m、裂隙深度25%)，拉裂-崩落-倾倒破坏(岩腔深度3m、裂隙深度37.5%)，崩落-倾倒-转动破坏(岩腔深度4.5m、裂隙深度50%)，崩落-座滑-转动破坏(岩腔深度6m、裂隙深度62.5%)4种。发现随着岩腔深度及裂隙的增大，岩体崩落时间由8.7~11.4s加快至2.3~9.0s，无底座支撑的底部岩块及顶部岩块在地震作用下更易崩塌。岩块PGA放大系数及其动力响应与岩腔及裂隙发展呈正相关，模型1岩块PGA放大系数介于0.45～0.9之间，随岩层竖直方向高程的增大呈锯齿状分布；模型2岩块PGA放大系数介于1.1～2.1之间，存在明显的高程放大效应；模型3、模型4岩块PGA放大系数分别位于2.1～3.7、2.9～5.2之间，均随岩块竖直方向高程呈“U”型分布。
(4)基于HHT希尔伯特-黄变换法及能量耗散原理，展开了地震作用下不同岩腔风化程度的复杂层状岩质边坡频谱与能量分析，揭示了其在地震作用下的时频特征、能量变化规律及耗散机制。发现地震作用下四种边坡模型主频集中在低频0~10Hz，振动信号能量、边坡整体频带宽度、高频效应显著程度与岩腔及裂隙深度呈正相关，且随岩腔风化程度加深，时频图在主频下呈现多个主峰分布；边坡总能量耗散可分为断裂碰撞及整体崩落两个阶段，且能耗曲线随时间呈先快后慢特征，岩块断裂碰撞阶段能量消耗占总能量的89%~95%，且随着风化程度加深颗粒间最大瞬时能量由155MJ衰减至72MJ。
本文依托国家重点研发项目子题“高陡边坡、高填及特殊路基的健康监测、全生命期安全评价和预警平台方案设计”(编号2016YFC0802203)，以水平复杂层状岩质边坡为研究对象，基于断裂力学、材料力学、牛顿力学和HHT三维时频谱分析，采用三维离散元颗粒流的数值模拟方法，展开高烈度地区不同风化程度的水平复杂层状岩质边坡稳定性、破坏模式及动力响应分析，具体研究内容及结论如下：
(1)基于极限平衡法，建立不同风化程度及地震横纵波作用下边坡稳定系数计算方法，发现岩腔深度1.5~4.5m、裂隙深度25%~50%的边坡受地震横波作用影响较大，岩腔深度6m、裂隙贯通率62.5%的边坡受地震纵波作用影响较大；结合断裂力学、材料力学与牛顿第二定律建立了地震作用下考虑层间荷载的水平复杂层状岩质边坡稳定系数计算方法，揭示了边坡各岩块稳定性衰减过程，获得了其崩落时间。
(2)通过展开室内砂泥岩常规、动三轴试验及PFC数值三轴伺服试验获取了岩石在PFC三维颗粒流数值模型中的细观参数，并探讨了阻尼比细观参数对两种岩石宏观力学特性及强度衰减的影响。发现在常规三轴试验中，砂岩脆性随围压增大逐渐减弱，而泥岩脆性衰减特性则呈V型变化；PFC数值三轴伺服试验中泥岩颗粒呈剪切性破坏，砂岩颗粒呈张拉性破坏；在动三轴试验中，含裂隙较不含裂隙的砂岩抗压强度峰值应力降低了16.7%~25%。
(3)以四川汶都公路水平层状岩质边坡为研究对象，利用PFC三维离散元颗粒流方法建立了该边坡三维颗粒流数值模型，展开了岩质边坡在风化与地震联合作用下的破坏模式、崩落序列、稳定性变化及动力响应规律分析。发现地震作用下该类岩质边坡基本破坏模式可分为拉裂-水平滑移破坏(岩腔深度1.5m、裂隙深度25%)，拉裂-崩落-倾倒破坏(岩腔深度3m、裂隙深度37.5%)，崩落-倾倒-转动破坏(岩腔深度4.5m、裂隙深度50%)，崩落-座滑-转动破坏(岩腔深度6m、裂隙深度62.5%)4种。发现随着岩腔深度及裂隙的增大，岩体崩落时间由8.7~11.4s加快至2.3~9.0s，无底座支撑的底部岩块及顶部岩块在地震作用下更易崩塌。岩块PGA放大系数及其动力响应与岩腔及裂隙发展呈正相关，模型1岩块PGA放大系数介于0.45～0.9之间，随岩层竖直方向高程的增大呈锯齿状分布；模型2岩块PGA放大系数介于1.1～2.1之间，存在明显的高程放大效应；模型3、模型4岩块PGA放大系数分别位于2.1～3.7、2.9～5.2之间，均随岩块竖直方向高程呈“U”型分布。
(4)基于HHT希尔伯特-黄变换法及能量耗散原理，展开了地震作用下不同岩腔风化程度的复杂层状岩质边坡频谱与能量分析，揭示了其在地震作用下的时频特征、能量变化规律及耗散机制。发现地震作用下四种边坡模型主频集中在低频0~10Hz，振动信号能量、边坡整体频带宽度、高频效应显著程度与岩腔及裂隙深度呈正相关，且随岩腔风化程度加深，时频图在主频下呈现多个主峰分布；边坡总能量耗散可分为断裂碰撞及整体崩落两个阶段，且能耗曲线随时间呈先快后慢特征，岩块断裂碰撞阶段能量消耗占总能量的89%~95%，且随着风化程度加深颗粒间最大瞬时能量由155MJ衰减至72MJ。