地形地貌條件對(duì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響

唐為民1，馬淑芝，劉小浪，趙 軒

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 貴陽(yáng) 550081；2中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，武漢 430074)

1 研究背景

我國(guó)是一個(gè)多山多震、地質(zhì)地理?xiàng)l件獨(dú)特的國(guó)家，由地震誘發(fā)的崩塌、滑坡等斜坡地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題較為嚴(yán)重[1]。近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，國(guó)家高瞻遠(yuǎn)矚地實(shí)施了西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，大量的公路鐵路、水利工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在西部地區(qū)開(kāi)展，而西部多是高烈度的山區(qū)，工程邊坡穩(wěn)定問(wèn)題歷來(lái)非常嚴(yán)重。而由于邊坡在地震作用下的失穩(wěn)機(jī)制與只在重力作用下有很大不同，所以研究地震作用下的邊坡穩(wěn)定性十分必要。充分認(rèn)識(shí)地震作用下斜坡的動(dòng)力特性，研究地震作用下斜坡動(dòng)力變形破壞機(jī)制，不僅能推動(dòng)地震邊坡穩(wěn)定性理論的發(fā)展和創(chuàng)新，而且能夠有力指導(dǎo)抗震減災(zāi)和災(zāi)后重建等工作，具有十分重要的理論研究意義和工程實(shí)踐意義。

地震作用下邊坡穩(wěn)定性的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)歷史，常用的地震穩(wěn)定性分析方法如擬靜力法、滑塊分析法和數(shù)值分析法已經(jīng)取得了大量研究成果[2]。但由于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的復(fù)雜性，這些方法往往存在局限性，因此，研究結(jié)果的可靠性也有待驗(yàn)證。模型試驗(yàn)方法是一種校驗(yàn)其他分析方法正確性和進(jìn)行邊坡地震穩(wěn)定性分析的有效手段，模型試驗(yàn)包括振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)和離心機(jī)模型試驗(yàn)。目前國(guó)內(nèi)離心機(jī)設(shè)備資源稀缺，尚存在較多技術(shù)問(wèn)題未解決，在邊坡地震模擬研究中取得的成果較少[3]；而振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)因其規(guī)模大、可重復(fù)性好、直觀性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為研究人員常采用的一種模型試驗(yàn)方法。汶川地震以來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的學(xué)者就巖土邊坡地震穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，取得了大量研究成果。徐光興等[4]設(shè)計(jì)完成了比尺為1∶10的土質(zhì)邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，探討了地震作用下模型邊坡的動(dòng)力特性與動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。許強(qiáng)等[5-6]設(shè)計(jì)完成了一系列大型邊坡模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了強(qiáng)震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)理。陳新民等[7-8]設(shè)計(jì)完成了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了下蜀土邊坡地震穩(wěn)定性。Srilatha等[9]對(duì)不同加筋量條件下的土工格柵和土工布模型邊坡進(jìn)行了一系列的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了加筋方式和加筋量對(duì)模型邊坡動(dòng)力響應(yīng)的影響。但相對(duì)于巖質(zhì)邊坡，目前在土質(zhì)邊坡動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)方面的研究尚少。

本文對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行概化處理，設(shè)計(jì)并完成了土質(zhì)邊坡動(dòng)力特性與動(dòng)力響應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)考慮土質(zhì)邊坡的地形地貌條件，分析了地震作用下土質(zhì)邊坡動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律。

2 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)利用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)三峽中心地震動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)室大型兩軸向電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行，振動(dòng)臺(tái)如圖1所示。振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸為100 cm×200 cm，臺(tái)面最大負(fù)載為250 kg，臺(tái)面滿(mǎn)載情況下最大位移為±100 mm，最大加速度為20 m/s2。本次試驗(yàn)是文獻(xiàn)[10]中土質(zhì)邊坡振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的進(jìn)一步研究，關(guān)于試驗(yàn)設(shè)備、模型邊界條件的處理、模型制作及傳感器的埋設(shè)等相關(guān)內(nèi)容已在文獻(xiàn)[10]中有所闡述，為避免重復(fù)相同內(nèi)容，此處不再贅述。

圖1 地震模擬振動(dòng)臺(tái)Fig.1 Shaking table used in the test

2.1 相似律設(shè)計(jì)

受實(shí)驗(yàn)室條件限制，目前的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)大多只能進(jìn)行縮尺模擬，因此模型與原型之間的相似律設(shè)計(jì)十分重要。相似律規(guī)定了相似的模型與原型間必須滿(mǎn)足的條件，又確定了將試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算到原型上的換算法則，使得實(shí)驗(yàn)室條件下研究原型的物理規(guī)律成為可能[11]。當(dāng)然，絕對(duì)嚴(yán)格的相似律難以實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)時(shí)需要根據(jù)試驗(yàn)研究目的和實(shí)驗(yàn)室條件，考慮主要因素，完成相似律設(shè)計(jì)，指導(dǎo)試驗(yàn)進(jìn)行。

在土體邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)中，地震動(dòng)力作用下模型和原型分別滿(mǎn)足的基本單值條件包括幾何條件、物理?xiàng)l件、運(yùn)動(dòng)條件、動(dòng)力平衡條件及邊界條件。相似律設(shè)計(jì)中以邊坡尺寸l、加速度a和邊坡土體密度ρ作為控制量，在相似第三定理的基礎(chǔ)上，采用相似轉(zhuǎn)換的方法推導(dǎo)土體邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)中模型邊坡和原型邊坡的相似關(guān)系。原型邊坡不同高度條件下模型主要相似常數(shù)如表1所列。

表1 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)相似律Table 1 Similarity law of shaking table model test

注:Cl中C表示原型與模型間相似常數(shù)，下標(biāo)l表示原型與模型間長(zhǎng)度的相似系數(shù)。文中其他相似常數(shù)的意義類(lèi)似；*表示控制量。

2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒ㄔ?/h3>

邊坡地形地貌條件是邊坡地震穩(wěn)定性的內(nèi)在因素。本次振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)考慮邊坡地形地貌條件，建立了多組土質(zhì)邊坡概念模型：建立了不同坡腳角度的直線型邊坡，改變角度分別為30°,40°,50°,以考慮邊坡角度因素；建立了凹形坡和凸形坡，與所建立直線型邊坡一同進(jìn)行試驗(yàn),以考慮邊坡坡面形態(tài)因素；建立模型邊坡高度為50 cm，根據(jù)表1中土質(zhì)邊坡振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的相似律，改變輸入地震波的時(shí)間壓縮比分別為5.62，9.46，15.91即可對(duì)應(yīng)3個(gè)尺寸的土質(zhì)邊坡，其尺寸相似常數(shù)分別為1∶10,1∶20,1∶40，以考慮邊坡尺寸因素。

試驗(yàn)中邊坡土體的相似材料由取自庫(kù)區(qū)的淤泥質(zhì)黏土、河沙以及重晶石粉、雙飛粉、水等材料配制而成。模型土材料配比為m黏土∶m河沙∶m重晶石粉∶m雙飛粉∶m水=2∶10∶5∶3∶2。試驗(yàn)中以密度ρ、黏聚力c及內(nèi)摩擦角φ為模型土材料的主要控制參數(shù)。由表1可知，不同尺寸邊坡所用模型土的控制參數(shù)密度ρ和內(nèi)摩擦角φ的相似常數(shù)均為1，只有黏聚力c的相似常數(shù)相差數(shù)倍。而常見(jiàn)黏土的黏聚力一般在10～30 kPa范圍內(nèi)，不同尺寸邊坡土體黏聚力相似常數(shù)Cc分別為10，20，40，相應(yīng)模型土的黏聚力c都在1 kPa左右，其黏聚力相差不大。為了試驗(yàn)的便捷性和經(jīng)濟(jì)性，試驗(yàn)中只配置一種模型土來(lái)建立土質(zhì)邊坡模型，進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模型模擬試驗(yàn)。原型和模型的主要物理力學(xué)參數(shù)列于表2，由于本次試驗(yàn)中所建立模型均為概念模型，沒(méi)有具體的原型邊坡作為參照，所以試驗(yàn)中原型邊坡黏土物理力學(xué)參數(shù)參照《工程地質(zhì)手冊(cè)》[12]進(jìn)行取值。

表2 土體的主要物理力學(xué)參數(shù)Table 2 Material properties of soil

關(guān)于模型成型方法和傳感器的埋設(shè)要點(diǎn)已在文獻(xiàn)[10]中有所闡述，模型制作和傳感器安裝布置如圖2所示，建造好的模型如圖3所示。

圖2 模型邊坡形態(tài)及傳感器布置Fig.2 Slope shape and sensor arrangement of linear slope, concave slope and convex slope

圖3 建成模型邊坡Fig.3 Completed model slope

2.3 地震波加載設(shè)計(jì)

本次振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過(guò)程中向邊坡模型施加了不同類(lèi)型、頻率和振幅的水平方向地震波作用，主要有白噪聲、EL波、KOBE波和WC波。在加載每一種地震波進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)之前，首先進(jìn)行白噪聲掃描，白噪聲加載時(shí)間為30 s，峰值加速度為0.30 m/s2,以測(cè)試模型的初始動(dòng)力特性。隨后依次向模型輸入峰值加速度為0.63，1.25，2.5，5 m/s2的地震波，所加載地震波按照相似律設(shè)計(jì)的時(shí)間壓縮比進(jìn)行壓縮。每級(jí)加速度施加完成后停止一段時(shí)間，對(duì)振后模型邊坡進(jìn)行觀測(cè)記錄，然后再施加高一級(jí)的加速度，直至邊坡模型變形破壞。本次振動(dòng)試驗(yàn)具體加載工況如表3所列，本文主要以不同形態(tài)邊坡加載KOBE波為例進(jìn)行動(dòng)力分析，KOBE波加速度時(shí)程曲線如圖4所示。

表3 地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)工況Table 3 Conditions of shaking table test

圖4 KOBE波加速度時(shí)程曲線Fig.4 Acceleration time-history curve of KOBE wave

3 模型邊坡加速度響應(yīng)規(guī)律

已有研究表明，邊坡失穩(wěn)破壞主要是由與地震加速度有關(guān)的地震慣性力造成的[8]，因此本文以邊坡各監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度響應(yīng)值對(duì)邊坡進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析。為了研究邊坡模型加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，直線型邊坡埋設(shè)A1—A9共9個(gè)加速度傳感器；凸形坡和凹形坡中埋設(shè)8個(gè)加速度傳感器。試驗(yàn)中在模型邊坡底部輸入不同參數(shù)的地震動(dòng)荷載，通過(guò)埋設(shè)的加速度傳感器監(jiān)測(cè)動(dòng)荷載作用下邊坡不同位置加速度響應(yīng)值。為便于分析，本文參考前人研究成果引入加速度峰值(PGA)放大系數(shù)的概念說(shuō)明邊坡對(duì)地震荷載的放大效應(yīng)[4]，此處PGA放大系數(shù)即為邊坡內(nèi)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的加速度峰值(PGA)與實(shí)際施加于邊坡加速度傳感器AS1所監(jiān)測(cè)到的加速度峰值之比。依據(jù)試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究邊坡地形地貌條件對(duì)邊坡在地震動(dòng)荷載作用下的響應(yīng)規(guī)律。

3.1 模型邊坡加速度響應(yīng)規(guī)律

試驗(yàn)結(jié)果表明，不同地震工況條件下模型邊坡加速度響應(yīng)規(guī)律基本相同。現(xiàn)以對(duì)坡腳角度為40°的直線型邊坡模型輸入時(shí)間壓縮比為9.46、PGA為2.5 m/s2的KOBE波為例進(jìn)行動(dòng)力分析，指出土質(zhì)邊坡模型加速度動(dòng)力響應(yīng)的基本規(guī)律，后面會(huì)進(jìn)一步對(duì)不同地形地貌條件下土質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律做出分析。圖5為邊坡模型在地震動(dòng)荷載作用下不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)PGA放大系數(shù)隨高程變化的曲線。

圖5 模型邊坡PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律Fig.5 Change laws of PGA amplifications with elevations

從圖5可以看出，地震作用下邊坡加速度響應(yīng)有著非常明顯的高程放大效應(yīng)。其PGA放大系數(shù)隨高程增大表現(xiàn)出非線性增大的趨勢(shì)，在邊坡坡腳附近PGA放大系數(shù)隨高程近似線性增大，在坡中附近增長(zhǎng)趨勢(shì)有所減緩，在靠近坡頂位置又急劇增加，坡頂位置PGA放大系數(shù)達(dá)到2.4左右。對(duì)比模型邊坡坡內(nèi)和坡面加速度響應(yīng)情況，可以知道不同高程加速度沿水平方向上的響應(yīng)規(guī)律基本相同但并不完全一致，總體上坡內(nèi)加速度放大效應(yīng)比坡面更加顯著，同一高程邊坡坡內(nèi)加速度響應(yīng)要比坡面位置更大。

3.2 坡高對(duì)加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響

根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)相似律設(shè)計(jì)，對(duì)模型邊坡輸入時(shí)間壓縮比為5.42，9.46，15.91的地震波時(shí)，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中模型邊坡分別對(duì)應(yīng)著坡高為5，10，20 m的原型邊坡。這種設(shè)計(jì)方式使得試驗(yàn)中不需要建造多個(gè)尺寸的模型而只要改變輸入地震波的時(shí)間壓縮比就能夠模擬不同尺寸的原型邊坡，大大節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)成本。現(xiàn)以對(duì)坡腳角度為40°、輸入時(shí)間壓縮比為5.42，9.46，15.91、PGA為2.5 m/s2的KOBE波的直線型邊坡模型為例進(jìn)行動(dòng)力分析，指出原型邊坡高度對(duì)土質(zhì)邊坡模型加速度響應(yīng)規(guī)律的影響。圖6為不同高度原型邊坡在地震動(dòng)荷載作用下坡面加速度響應(yīng)變化規(guī)律。

圖6 不同原型高度模型邊坡PGA放大系數(shù) 隨高程變化規(guī)律Fig.6 Change laws of PGA amplifications with elevations of model slope with varied height

從圖6可以看出，不同原型高度模型邊坡坡面各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律基本相同。同時(shí)可以看出，隨著原型邊坡高度的增大，PGA放大系數(shù)也隨之增大。原型邊坡高度為5 m時(shí)，邊坡各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)較小，甚至在坡肩位置也只有2左右，遠(yuǎn)小于邊坡高度為10 m和20 m之時(shí)。當(dāng)邊坡高度增大，邊坡各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)也隨之增大，但邊坡高度為10 m和20 m時(shí)，PGA放大系數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)已經(jīng)有所減弱，說(shuō)明PGA放大系數(shù)不會(huì)隨著邊坡高度增大一直增長(zhǎng)?？偟膩?lái)說(shuō)，動(dòng)荷載作用下土質(zhì)邊坡加速度放大效應(yīng)表現(xiàn)出隨邊坡尺寸增大而更為顯著的趨勢(shì)。

3.3 坡度對(duì)加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響

現(xiàn)以輸入加速度峰值為2.5 m/s2、時(shí)間壓縮比為9.46的KOBE波的不同坡腳角度直線型邊坡例進(jìn)行動(dòng)力分析，指出邊坡坡度對(duì)土質(zhì)邊坡模型加速度響應(yīng)規(guī)律的影響。圖7為不同坡度邊坡在地震動(dòng)荷載作用下坡面加速度響應(yīng)變化規(guī)律。

圖7 不同坡度模型邊坡PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律Fig.7 Change laws of PGA amplifications with elevations of model slope with varied slope angle

從圖7可以看出，不同坡度模型邊坡坡面各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律基本相同。同時(shí)可以看出，隨著模型邊坡坡度增大，PGA放大系數(shù)也隨之增大。邊坡坡度為30°時(shí)，各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)較小，甚至在坡肩位置也只有2左右。當(dāng)邊坡坡度增大，邊坡各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)也隨之增大，但當(dāng)邊坡坡度為40°和50°時(shí)，PGA放大系數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)已經(jīng)有所減弱，說(shuō)明PGA放大系數(shù)不會(huì)隨著邊坡坡度增大一直增長(zhǎng)。

總的來(lái)說(shuō)，動(dòng)荷載作用下土質(zhì)邊坡加速度放大效應(yīng)表現(xiàn)出隨邊坡坡度增大而更為顯著的趨勢(shì)。

3.4 坡形對(duì)加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響

現(xiàn)以輸入加速度峰值為2.5 m/s2、時(shí)間壓縮比為9.46的KOBE波的不同坡面形態(tài)邊坡為例進(jìn)行動(dòng)力分析，指出邊坡坡形對(duì)土質(zhì)邊坡模型加速度響應(yīng)規(guī)律的影響。圖8為不同坡面形態(tài)邊坡在地震動(dòng)荷載作用下坡面加速度響應(yīng)變化規(guī)律。

圖8 不同形態(tài)模型邊坡PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律Fig.8 Change laws of PGA amplifications with elevations of model slope with different shapes

從圖8可知，不同形態(tài)模型邊坡坡面各高程點(diǎn)PGA放大系數(shù)隨高程變化規(guī)律基本相同。同時(shí)可看出，坡形較為復(fù)雜時(shí)邊坡PGA放大系數(shù)也較大，與凸面坡和凹面坡相比，直線坡對(duì)地震波放大效應(yīng)更小，其PGA放大系數(shù)隨高程變化也不如凸形坡和凹形坡劇烈。在邊坡坡面轉(zhuǎn)折部位以上，凹面坡PGA放大系數(shù)遠(yuǎn)大于直線坡和凸面坡。邊坡形態(tài)越復(fù)雜時(shí)其對(duì)地震波放大效應(yīng)越明顯，這是因坡形較為復(fù)雜的邊坡應(yīng)力集中的部位也多，邊坡更容易出現(xiàn)破壞變形。

4 坡體宏觀變形

在對(duì)土質(zhì)邊坡加載地震波進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)時(shí)，觀察到了邊坡模型的變形破壞現(xiàn)象，邊坡坡頂及坡體內(nèi)部產(chǎn)生了一系列土裂縫，當(dāng)輸入地震波震級(jí)較大時(shí)邊坡出現(xiàn)滑移破壞。由于土體顆粒之間黏結(jié)力有限，土質(zhì)邊坡在地震力作用下會(huì)在邊坡內(nèi)部形成微裂縫，地震波會(huì)在這些微破裂面附近發(fā)生反射、折射，表現(xiàn)為邊坡內(nèi)部地震放大效應(yīng)大于坡面，并使得這些微裂縫進(jìn)一步發(fā)展。邊坡坡體內(nèi)部所產(chǎn)生的裂縫主要是由微裂縫發(fā)展而來(lái)的橫向拉張裂縫以及由拉張裂縫向下發(fā)展而成的拉剪裂縫，裂縫的規(guī)模與加載于邊坡的地震波振幅有關(guān)，從寬度<1 mm的微小裂縫到5 mm左右的大裂縫均有出現(xiàn)。當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)較小時(shí)，邊坡基本不出現(xiàn)破壞變形，偶有在邊坡后緣坡頂軟弱面或坡肩轉(zhuǎn)折面附近形成較小的拉裂縫(圖9(a))。當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)加大時(shí)，微小拉裂縫由于持續(xù)的地震力作用開(kāi)始擴(kuò)展，在邊坡坡面2/3處至坡肩位置以及坡頂靠近坡肩位置附近出現(xiàn)寬度1～2 mm、延伸長(zhǎng)度為10 cm左右的較大裂縫，邊坡坡體也開(kāi)始出現(xiàn)破壞變形(圖9(b))。地震震級(jí)繼續(xù)加至最大，變形體產(chǎn)生剪切滑移破壞，斜坡失穩(wěn)，邊坡坡面出現(xiàn)滑移破壞(圖10)。

圖9 邊坡裂縫Fig.9 Cracks on slope

圖10 邊坡滑移破壞Fig.10 Slip failure of slope

改變邊坡地形地貌條件的土質(zhì)邊坡振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明，邊坡地形地貌條件對(duì)邊坡變形破壞有較大影響，其結(jié)果從側(cè)面證明了土質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的正確性。試驗(yàn)結(jié)果顯示：邊坡坡度越大，坡體的變形破壞跡象越明顯，邊坡坡度為30°時(shí)，坡體的變形破壞跡象并不明顯，坡體中只是出現(xiàn)了一些規(guī)模較小的裂縫，甚至當(dāng)?shù)卣鸩ㄕ穹鲋磷畲笠仓辉谶吰卤砻娉霈F(xiàn)少量裂縫，發(fā)生失穩(wěn)破壞的情況較少；在試驗(yàn)時(shí)邊坡的失穩(wěn)破壞主要發(fā)生在邊坡坡度為40°和50°的邊坡上，坡體的變形破壞現(xiàn)象明顯，在這個(gè)坡度范圍內(nèi)即使邊坡沒(méi)有發(fā)生失穩(wěn)破壞，坡體中也產(chǎn)生了較大規(guī)模的裂縫。坡面形態(tài)對(duì)邊坡變形破壞有較大影響，凹面坡較于直線型邊坡和凸面坡，坡體的變形破壞跡象不太明顯，發(fā)生失穩(wěn)破壞的情況比較少，但凹面坡坡體上部通常會(huì)有較大的坡體滑移現(xiàn)象；凸面坡最易發(fā)生失穩(wěn)破壞，坡體中出現(xiàn)的裂縫規(guī)模也比較大，坡體在坡面轉(zhuǎn)折部位會(huì)發(fā)生規(guī)模較大的破壞變形。

5 結(jié)論與展望

本文根據(jù)邊坡地形地貌條件設(shè)計(jì)并完成了一系列土質(zhì)邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，試驗(yàn)中對(duì)邊坡模型輸入不同類(lèi)型、不同幅值的地震動(dòng)荷載，通過(guò)對(duì)模型邊坡進(jìn)行動(dòng)力反應(yīng)及宏觀變形方面的研究，探索了邊坡地形地貌條件對(duì)土質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響以及邊坡地震反應(yīng)機(jī)理。得出了以下結(jié)論：

(1)土體邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)具有高程效應(yīng)，PGA放大系數(shù)會(huì)隨著高程增加而增大，且水平方向上邊坡坡內(nèi)較坡面對(duì)地震動(dòng)荷載放大更為顯著。

(2)地形地貌條件是影響土體邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)的重要因素，邊坡高度越高，邊坡坡度越大，邊坡形態(tài)越復(fù)雜，其對(duì)地震動(dòng)荷載放大效應(yīng)也越明顯，邊坡變形破壞也越大。

(3)在地震力作用下土質(zhì)邊坡坡內(nèi)附近會(huì)形成微裂縫，地震波會(huì)在這些微裂縫附近被放大，并最終使這些微裂縫發(fā)展為張拉裂縫。拉裂縫在持續(xù)地震力的作用下不斷發(fā)展，最終使變形體產(chǎn)生剪切滑移破壞，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，發(fā)生變形破壞。

地震力作用下邊坡的動(dòng)力行為十分復(fù)雜，總結(jié)本次課題積累的經(jīng)驗(yàn)，邊坡在地震力作用下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律還需要進(jìn)一步研究：

(1)后續(xù)試驗(yàn)應(yīng)在相似材料的配制方面做出更多改進(jìn)，以更加嚴(yán)格地滿(mǎn)足模型與原型之間的相似律，使試驗(yàn)結(jié)果更加可靠。

(2)水是影響地震作用下邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，此次試驗(yàn)未考慮地震力作用下邊坡中孔隙水壓力的作用。在后續(xù)試驗(yàn)中應(yīng)該制作密封條件更好的模型箱，增設(shè)水壓力傳感器以研究地震作用下孔隙水壓力在邊坡動(dòng)響應(yīng)中的作用。

(3)在后續(xù)試驗(yàn)中，應(yīng)結(jié)合地震作用下各類(lèi)工程邊坡問(wèn)題對(duì)影響邊坡地震穩(wěn)定性的因素進(jìn)行針對(duì)性的深入研究，以指導(dǎo)地震風(fēng)險(xiǎn)山區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)及災(zāi)后重建工作。