【摘 要】
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我国地下水资源丰富,大量的降雨及广泛分布的河流湖泊改变了边坡水动力环境,同时我国地震频发,地震和地下水耦合作用下边坡的动力响应成为边坡设计的关键问题。基于此,本文采用有限差分数值模拟软件(Flac3D)分析了地震和地下水耦合作用下边坡动力响应规律及变形破坏机制,探讨了地形和震源因素对含水边坡动力响应特性的影响,并对折多塘地区某含水边坡进行了模拟分析。论文的主要工作及结果如下:(1)建立了不同地下水
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我国地下水资源丰富,大量的降雨及广泛分布的河流湖泊改变了边坡水动力环境,同时我国地震频发,地震和地下水耦合作用下边坡的动力响应成为边坡设计的关键问题。基于此,本文采用有限差分数值模拟软件(Flac3D)分析了地震和地下水耦合作用下边坡动力响应规律及变形破坏机制,探讨了地形和震源因素对含水边坡动力响应特性的影响,并对折多塘地区某含水边坡进行了模拟分析。论文的主要工作及结果如下:(1)建立了不同地下水位边坡数值模型,研究了边坡在不同特性地震动作用下加速度、速度、频谱响应特征以及超静孔隙水压力的变化情况。研究结果表明:在无水情况,边坡加速度放大系数ε和速度放大系数η具有高程放大效应和临空面放大效应,ε的空间分布具有节律性;当边坡含有地下水时,边坡动力响应程度相比于无水边坡更剧烈;随着地下水位升高,边坡下部ε响应减弱区增大,节律性增强,η空间分布规律基本不变,边坡固有频率下降,当靠近地震动主频时傅里叶谱值放大效果显著;边坡坡脚处超静孔隙水压力最小,但超孔压比最大,极易发生液化。(2)建立了同一水位下边坡数值模型,研究了坡高、坡角、幅值、频率和脉冲因素对边坡动力响应的影响。结果表明:随着坡高的增加,边坡加速度峰值PGA、速度峰值PGV呈先增大后减小的趋势,坡内超孔压比逐渐减小;边坡坡角的变化对PGA分布规律有一定影响;随着地震动幅值增加,PGA、PGV和超静孔隙水压力均呈增大趋势;随着频率增加,边坡PGA呈先增大后减小的趋势;脉冲作用下边坡PGA、PGV与原记录相当,大于剩余记录,但剩余记录作用下超静孔隙水压力和超孔压比与原记录相当,大于脉冲记录。(3)通过输入典型地震动,分析了地震和地下水耦合作用下边坡变形破坏机制及稳定性。研究结果表明:地下水对边坡变形破坏影响显著,在有水情况下,边坡塑性屈服区面积更大,边坡潜在剪切滑移面更深;总结了地震和地下水耦合作用下边坡失稳的根本原因是地震惯性力和超静孔隙水压力共同作用的结果;基于拟静力法,计算了不同坡高下的临界水位,并提出临界水位预测模型。(4)以折多塘地区某实际工程边坡为例,分析了地震作用下该边坡实际水位和无水工况的动力响应特性与变形破坏机制。研究结果表明:边坡PGA、PGV放大程度与地层岩性有关;相比于坡内,坡脚处更容易发生液化,应重视上覆地层自重应力的影响;在有水情况,塑性屈服区贯通,水平向相对位移不收敛,稳定系数小于1,边坡发生破坏。
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