陡倾层状斜坡振动台实验数据分析及其动力响应规律

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动力作用下斜坡的响应规律是分析斜坡动力失稳机理的关键。2008年“5.12”汶川8.0级地震引发了数以万计的斜坡次生地质灾害,损失巨大。震后的地质灾害调查表明汶川地震产生的次生地质灾害与斜坡的动力特性与动力响应规律具有一定的关系。本文以“5.12”汶川地震所引发的大量地震次生灾害为背景,旨在研究陡倾层状斜坡的动力特性和动力响应规律。通过研究取得了以下成果:1)在综合分析5.12汶川地震诱发斜坡动力变形破坏及响应特征主要影响因素的基础上,设计并完成了比例为1:100的斜坡大型振动台模型试验。根据斜坡动力试验中关注的问题及平台设备参数,推导试验的相似关系,并确定模型的尺寸参数;在模型箱中铺设减震层及将传感器居中布置来减少模型箱边界效应;采用地震波与正弦波两种动荷载类型,通过改变荷载振动参数制定其加载方式。2)振动台试验采集的信号数据因噪声干扰和仪器缺陷包含很多不利成分。首先对原始信号进行预处理,合理消除其中的误差;然后对处理好的数据进行相关分析,傅里叶变换,经典谱估计及传递函数计算,以取得后续研究所需要的成果。3)采用传递函数识别斜坡的动力特性参数,受岩性和坡体结构影响,各斜坡面加速度传递函数曲线不同,自振频率一阶模态明显,同坡面不同点所测差别较小。在多次动荷载作用后,二阶模态有所加强,自振频率逐渐减小,并有波动,各斜坡阻尼比的变化各有不同。斜坡动力特性受动荷载幅值、先期振动历史和岩性与坡体结构等影响。4)采用PGA放大系数研究斜坡加速度动力响应规律发现,不同斜坡面水平与垂直加速度动力响应规律不同,沿坡面向上,水平和垂直PGA放大系数呈上升趋势;地震波的作用下的PGA放大系数曲线波动性更强,动力响应也更强烈;坡面PGA放大系数呈节律性变化;垂直PGA放大系数最大值小于水平PGA放大系数最大值;坡体内铅直向PGA放大系数随高程增高呈线性放大;坡体水平向,从坡面到坡体内部PGA放大系数有减小趋势,并呈节律性变化;动荷载振幅对斜坡动力响应分布规律的影响不大。5)地震波在坡体中传播时,响应与输入加速度相比会产生变化。垂直入射的SV波在介质中发生反射、折射而生成新类型的反射和折射P波。地震波频谱成分也会产生变化,靠近坡体自振频率的成分得到放大,其他成分有所减小。随坡体所受动荷载作用的增强,地震波的能量加强的频率范围变得更低、更窄。6)以斜坡振动台试验模型为基础,利用FLAC3D进行数值模拟,采用正弦波为动荷载,绘制了斜坡在不同振幅、频率的动荷载作用下及不同岩性情况下的PGA放大系数等值线图。通过分析得到斜坡高程放大、临空面放大作用和PGA放大系数节律性变化等动力响应规律。同时可以发现振幅对斜坡动力响应分布规律的影响较小,荷载频率和坡体岩性对其的影响非常显著。
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