地震作用下巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)規(guī)律研究現(xiàn)狀

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 重慶 400074)

隨著我國經(jīng)濟不斷的快速發(fā)展，在巖質(zhì)邊坡對，資源開發(fā)和相關(guān)建設(shè)越來越受到關(guān)注。由于受工程規(guī)模、地質(zhì)條件、自然因素等的影響，地震作用下的巖質(zhì)邊坡的破壞與失穩(wěn)問題日益突出，成為了影響工程安全和社會經(jīng)濟效益的重大災(zāi)害之一，因此需受到高度關(guān)注和重視[1-4]。在此基礎(chǔ)上，開展巖質(zhì)邊坡在地震的作用下力學(xué)響應(yīng)，研究邊坡的震動特性和內(nèi)部響應(yīng)規(guī)律，減小因動力失穩(wěn)所引發(fā)的災(zāi)害等，具有十分重要的現(xiàn)實意義。長期以來，眾多學(xué)者對這一方面作了大量的探索和研究，并取得了一定的成果，推動了巖質(zhì)邊坡動力問題研究的不斷深入。

本文系統(tǒng)介紹了巖質(zhì)邊坡在地震作用下動力響應(yīng)規(guī)律的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上進行簡要總結(jié)，提出了存在的問題和進一步研究的方向，為今后合理的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法開展相應(yīng)研究提供參考。

一、地震作用下巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)規(guī)律研究現(xiàn)狀

邊坡的響應(yīng)規(guī)律的研究作為邊坡動力穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)，是非常重要的組成部分[5]。巖質(zhì)邊坡的響應(yīng)研究，較多研究地震荷載作用下的影響分析。地震作用下巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)分析研究大多考慮位移、速度和加速度三者分布規(guī)律以及地震波的研究。研究方法的使用主要是試驗和數(shù)值模擬兩個方面。

(一)地震作用下巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)分析大型振動臺試驗

近年來隨著物理模擬的飛速發(fā)展，振動臺試驗成為實驗室研究地震響應(yīng)的重要方式。在滿足相似比律的條件下，能夠直觀地反映震動條件下動力響應(yīng)現(xiàn)象，從而提供較接近現(xiàn)實的研究依據(jù)。劉漢香、許強[6]等通過大型振動臺試驗，通過改變輸入地震波對巖體的多種不同影響因素，系統(tǒng)地討論了在地震波作用下兩種相反巖體性質(zhì)組合結(jié)構(gòu)模型，在水平方向和豎直方向坡面高程不同點的加速度響應(yīng)隨震動的強度增大產(chǎn)生的變化規(guī)律。此外，文獻[7]還系統(tǒng)地研究了強震作用下坡體結(jié)構(gòu)、坡體形態(tài)特征等因素對斜坡變形破壞的影響的規(guī)律。

董金玉[8]、楊國香[9]等進行了順向?qū)訋r質(zhì)邊坡大型振動臺模型試驗，得出加速度的高度和趨表效應(yīng)放大，且兩種效應(yīng)有明顯的非線性特征；在邊坡坡腳位置加速度有明顯抑制的作用；動力加速度隨邊坡輸入加速度的峰值增加而增加，地震波對動力加速度影響較小。

范剛，張建經(jīng)，付曉[10]等通過進行大型振動臺試驗推出： 反向傾邊坡內(nèi)部加速度放大系數(shù)整體上大于順向?qū)舆吰?，但在相對高度大?.4的坡體中與之前結(jié)論相反。隨著輸入地震波不斷增加，順向?qū)舆吰潞头聪騼A邊坡坡頂位移相差數(shù)據(jù)不斷加大且順向?qū)舆吰麓笥诜聪騼A邊坡。相比于地震穩(wěn)定性，反向傾邊坡更有優(yōu)勢。

(二)地震作用下巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)分析數(shù)值模擬

在數(shù)值模擬方面，言志信[11]等對順向?qū)訋r質(zhì)邊坡在地震作用下的強度變化作了大量的模擬工作，通過改變地震參數(shù)、邊坡內(nèi)部頻譜變化曲線以及施加豎向地震力下進行邊坡動力響應(yīng)規(guī)律的研究，較全面地得出一些結(jié)論。

祁生文[12]等采用FLAC數(shù)值模擬方法研究在地震作用下巖質(zhì)邊坡的位移、速度、加速度響應(yīng)分布規(guī)律。祁生文[13]還將單面邊坡的動力反應(yīng)分為高邊坡動力反應(yīng)和低邊坡動力反應(yīng)兩種，并得出兩種不同動力反應(yīng)邊坡的臨界高度。

李鵬[14]等運用UDEC離散元模擬地震力作用下含軟弱層巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)，分析得出當(dāng)軟弱巖層角度增大時，放大系數(shù)出現(xiàn)增大，減少，再增大減小的變化特點，地震響應(yīng)也會減小。通過二元方差分析評論理論進行非重復(fù)性試驗，再對放大系數(shù)進行分析，得到邊坡放大強度的影響因素。

廖少波[15]等利用3DEC軟件，研究了結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀對巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)影響。得出如下結(jié)論:加速度峰值放大系數(shù)受結(jié)構(gòu)面影響很大，等值線分布也有較為顯著的影響。

李鵬，和江大，謝紅強[16]等通過建立邊坡三維動力分析模型并對典型剖面進行動力響應(yīng)特征分析得出，當(dāng)高程增大時，邊坡動位移、動速度也會增大并且靠近坡面量值更大。陳臻林，楊小奇[17]通過FLAC3D有限差分軟件在不同頻率和振幅地震波作用下，進行不同角度、厚度軟弱夾層的邊坡動力響應(yīng)特性研究。得出軟弱夾層厚度增大時，加速度放大系數(shù)非線性減少，激勵響應(yīng)減弱，并驗證了其在地震波振幅和頻率變化方面的響應(yīng)影響規(guī)律。

朱慶，王浩[18]以哈大線的巖質(zhì)邊坡為研究對象，運用QUAKE / W和SLOPE / W模塊耦合創(chuàng)建模型，通過計算特定監(jiān)測點位移與加速度的動力響應(yīng)，在其基礎(chǔ)上耦合計算巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)隨時間變化的規(guī)律并將結(jié)果與同等情況下靜力法相比較得出相關(guān)結(jié)論。

劉和平[19]等、運用ANSYS軟件，研究在不同地震波入射方向下巖質(zhì)邊坡的時程分析動力響應(yīng)，得到入射波在不同方向射入時引起三量的動力放大系數(shù)變化規(guī)律之間的關(guān)系。

劉貴應(yīng)[20]等通過之前的研究成果，應(yīng)用數(shù)值分析的方法在不同地震的動峰值、頻率和加載方向情況下，分析巖體邊坡的動力響應(yīng)。得到其隨震動荷載峰值的增加和頻率的降低而顯著增大，兩個方向加載時的動力響應(yīng)遠(yuǎn)大于單個方向加載等。

此外，李書兵[21]等以實際工程為背景，通過有限元模擬進行了相應(yīng)動力響應(yīng)研究。

二、分析與展望

綜上所述，目前眾多學(xué)者以地震荷載動力源進行了動力響應(yīng)規(guī)律的研究，但仍是以邊坡變形、速度、加速度的分布以及衰減規(guī)律為主要研究對象進行對巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)的描述。

從研究成果來看，在動力作用下巖質(zhì)邊坡坡體表面和內(nèi)部豎直方向上，高程對位移、速度、加速度的響應(yīng)明顯變大。隨著輸入波振幅的增加，加速度放大系數(shù)總體上降低且不同的坡體結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)程度也各不相同。

由此，很多學(xué)者針對地震力作用下的巖質(zhì)邊坡響應(yīng)問題進行了相關(guān)研究，在一定程度上得到一些規(guī)律和結(jié)論，但巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)問題比較復(fù)雜涉及多個課題，并且介于假設(shè)條件和巖體自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和局限性，使得該問題仍有很多地方需要完善，還有較深的研究空間，主要表現(xiàn)為：

現(xiàn)在的研究并未開展真正的時程動力分析，事實上不能揭示邊坡在地震力作用下失穩(wěn)的本質(zhì)。并且針對巖質(zhì)邊坡動力本構(gòu)關(guān)系的研究不多，沒有建立準(zhǔn)確的本構(gòu)模型。由于巖體在動力作用和靜力作用下所表現(xiàn)出的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系完全不同，所以由此得出的實驗成果有一定的局限性和片面性。沒能較為客觀地反映或模擬真實的動力響應(yīng)，是不可取的。

三、結(jié)語

基于巖質(zhì)邊坡破壞與失穩(wěn)的影響和動力響應(yīng)研究的發(fā)展，介紹了當(dāng)前在地震荷載擾動下的巖質(zhì)邊坡動力響應(yīng)規(guī)律的研究現(xiàn)狀，分析并總結(jié)了該研究課題的技術(shù)手段與研究成果，就已有的研究提出了存在的問題，并作了簡要展望，為該課題的進一步研究和相關(guān)工作的開展提供有利的參考。