高填方边坡地震失稳机制与稳定性研究

我国山区基础设施建设形成大量高填方边坡，不断发生的强烈地震严重威胁边坡稳定和基础设施安全。因此，开展地震作用下的高填方边坡稳定性研究，揭示地震边坡失稳模式、触发机制及其影响显得尤为必要。本项目首先试验研究静/动力荷载下土石料的劣化机制，确定裂面产生与扩展准则，建立滑裂面本构模型；其次，改进传统数值分析方法，提出能够模拟滑裂面产生及扩展的连续-非连续数值分析理论及相应的求解算法，构建边坡地震响应数值分析平台；开展不同地震动强度、水位、反压等工况下的土石料超重力离心机模型试验；最后，结合数值模拟和超重力力学模型试验，再现了地震引发的边坡失稳滑坡过程，加深地震边坡失稳破坏机理的认识。 2100433B

我国是一个多山地、多地震国家，山区基础设施建设形成大量高填方边坡，不断发生的强烈地震严重威胁边坡稳定和基础设施安全。地震引起边坡应力波动传播、土体循环软化，导致边坡局部发生张拉和剪切破坏，并扩展为拉裂缝和剪切带并存的贯通滑裂面，触发边坡失稳滑坡。本项目首先试验研究地震作用下土与滑裂面的循环软化规律，确定滑裂面产生与扩展准则，建立基于连续变形的土体本构模型和基于非连续变形的滑裂面本构模型。在此基础上，提出模拟滑裂面产生和扩展过程的连续-非连续变形动力有限元分析理论及相应的求解算法，构建边坡地震响应数值分析平台。结合数值模拟和超重力离心模型试验，再现地震作用下边坡失稳滑坡过程，揭示高填方边坡地震响应动力特征、失稳模式及其触发机制，分析边坡结构形式、地震波时频特性等对地震稳定性的影响规律。最后，基于连续-非连续变形分析，提出边坡地震稳定安全系数分析方法，为高填方边坡地震稳定性评价提供技术支撑。

地震是导致边坡失稳的重要因素。一般认为剪切破坏是地震边坡破坏的主要形式，稳定性分析也多是基于纯粹的剪切破坏机制。然而，近年来，在很多地震滑坡的现场调查中发现了显著的张拉破坏。对地震边坡的张拉-剪切破坏机制进行研究，并提出定量的稳定性评价方法，是科研工作者面临的一个新的研究课题。本项目采用理论分析—提出地震边坡的张拉-剪切破坏机制概念模型、解析计算—建立基于张拉-剪切破坏机制的地震边坡稳定性极限分析法、数值模拟—非连续变形分析法模拟地震边坡的张拉-剪切破坏渐进发展过程和物理试验—大型振动台试验验证地震边坡的张拉-剪切破坏机制等技术手段相结合的方式，对地震边坡的张拉-剪切破坏机制和稳定性分析方法进行基础科学研究。本项目旨在探明地震边坡的张拉-剪切破坏机制，揭示地震荷载与边坡张拉破坏深度、位置的定量关系，提出基于张拉-剪切破坏机制的稳定性分析方法，为地震边坡工程问题的解决提供理论依据和技术基础。

边坡稳定性问题是岩土力学与工程的基本问题之一，实际边坡在破坏形式上呈现三维空间特性，然而传统的平面应变分析方法忽略了这种三维空间效应，不可避免会影响实际边坡稳定性评价和滑坡问题反分析。本项目针对三维边坡稳定性分析开展了深入研究，首先针对边坡极限分析研究中三维破坏机制的假设问题，运用变分极值原理推导了边坡三维破坏机制几何表达式，通过矢量分析在极限分析上限理论下数学证明了破坏机制的运动许可性，首次揭示了三维破坏面上剪切力方向与其运动许可性的关系，突破了岩土工程稳定问题的极限分析三维破坏机制构建只能预先假设的限制。其次基于变分-极限分析法，考虑水压力、地震等因素对三维边坡稳定性的影响，绘制一系列稳定图用于快速评价三维土质边坡稳定性，通过与平面应变解对比分析发现：边坡长度小于五倍坡高则需要考虑三维空间效应对稳定性的影响，反之则可以简化为平面应变问题沿用二维稳定性分析方法。同时，针对现行规范中加筋土边坡/挡墙过于保守设计问题，开展了加筋土支护结构的三维稳定性分析，揭示了三维效应对其稳定性的影响规律和保守性贡献度，提出了加筋土支护结构的三维稳定性设计方法，研究成果获得了美国联邦公路局规范认可。同时针对现行加筋土边坡稳定性设计忽略了转角结构显著三维效应的问题，基于三维边坡稳定性分析方法考虑加筋作用建立了转角加筋边坡稳定性分析方法，首次发现了平面应变分析方法用于这种结构形式设计偏于危险，形成了考虑三维效应的转角加筋边坡稳定性设计理论。最后，针对地下连续墙开挖槽深宽比产生的三维效应，基于三维破坏机制开展了局部和整体挖槽稳定性分析，建立了不同土层条件的地下连续墙开挖深槽稳定评价方法，揭示了三维效应对开挖深槽破坏模式和稳定性的影响规律，研究成果用于指导地下连续墙挖槽安全所需的泥浆重度和高度现场施工控制中。 2100433B

内容简介

本书共6章，可分两大部分，第一部分(前4章)总结了地震烈度与地震动参数(PGA、PGV)的研究现状及理论，并收集了有关宏观地震烈度与地震动参数的对应关系，对其处理、分析与总结，给出了我国地震烈度与地震动参数对应的合理范围；第二部分(第5章)是基于房屋震害评定地震烈度的研究，对收集的我国房屋震害数据进行统计分析，给出了不同烈度对应的不同结构类型房屋的震害描述。 2100433B