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地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

梁超 张金良 练继建

梁超, 张金良, 练继建. 地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析[J]. 水利水运工程学报, 2017, (1): 18-25. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.003
引用本文: 梁超, 张金良, 练继建. 地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析[J]. 水利水运工程学报, 2017, (1): 18-25. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.003
LIANG Chao, ZHANG Jinliang, LIAN Jijian. Hydromechanical coupling analysis of dynamic response of seepage slope under earthquake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (1): 18-25. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.003
Citation: LIANG Chao, ZHANG Jinliang, LIAN Jijian. Hydromechanical coupling analysis of dynamic response of seepage slope under earthquake[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (1): 18-25. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.003

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.003
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51579173

国家科技支撑计划资助项目 2013BAB05B05

国家重点研发计划 2016YFC0401705

详细信息
    作者简介:

    梁超(1989—),男,山西忻州人,博士研究生,主要从事泄洪诱发水工结构及周边场地振动的研究。E-mail: Liangchao-0016@sina.cn

    通讯作者:

    练继建(E-mail: fj_np@126.com)

  • 中图分类号: TU413.6+2

Hydromechanical coupling analysis of dynamic response of seepage slope under earthquake

  • 摘要: 运用有限差分软件FLAC3D,建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型,基于Finn动孔压增长模型,对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析,并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明:含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡,地下水位升高时,PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化,当边坡土体处于完全饱和状态时,两者均明显增大;坡脚加速度随水位变化也呈波动状态,当边坡土体处于完全饱和状态时,同样明显增大;含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱,规律性较差,但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应;表面风化层的塑性区随水位升高,其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加,表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看,地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。
  • 图  1  顺层岩质边坡几何示意(单位:m)

    Figure  1.  Bedding rock slope geometry figure (unit: m)

    图  2  地震作用下边坡边界条件示意

    Figure  2.  Boundary condition of slope under seismic action

    图  3  地震波加速度时程曲线

    Figure  3.  Seismic wave acceleration curve

    图  4  监测点超孔隙水压力变化时程

    Figure  4.  Change process of excess pore water pressure at monitoring points

    图  5  不同水位下的PGA放大系数等值线

    Figure  5.  Contour map of PGA amplification factor under different water levels

    图  6  不同水位下坡顶、坡脚加速度峰值

    Figure  6.  Peak acceleration at top and toe of slope under different water levels

    图  7  坡顶监测点PGA放大系数

    Figure  7.  PGA amplification factor at top of slope

    图  8  不同水位下坡顶和坡脚加速度时程对比

    Figure  8.  Comparison between acceleration histories of top and toe of slope under different water levels

    图  9  两种情况下坡顶x向最大位移时程曲线

    Figure  9.  Time history curves of maximum displacement on top of slope in x direction

    图  10  地震结束时坡面各点残留位移

    Figure  10.  Residual displacement of slope at end of earthquake

    图  11  不同水位下的塑性区分布

    Figure  11.  Distribution of plastic zone under different water levels

    图  12  不同水位下的塑性区最大剪应变增量

    Figure  12.  Max shear strain increments of plastic zone under different water levels

    表  1  边坡及地下水物理力学参数

    Table  1.   Physico-mechanical parameters of slope and groundwater

    岩层体积模量/
    GPa
    剪切模量/
    GPa
    抗拉强度/
    MPa
    岩体密度/
    (kg·m-3)
    黏聚力/
    MPa
    内摩擦角/
    (°)
    流体模量/
    GPa
    渗透系数/
    (m·s-1)
    孔隙率
    表面风化层3.041.650.12 6000.075260.21×10-20.25
    基岩10.77.382.52 7001554.50.21×10-40.25
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-04
  • 刊出日期:  2017-02-01

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