張立偉，鄭立寧

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司地路處，天津 300251;2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031)

我國(guó)西部是強(qiáng)地震多發(fā)地區(qū)，地震誘發(fā)的滑坡往往具有分布廣、數(shù)量多和危害大的特點(diǎn)［1］。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速增長(zhǎng)，山區(qū)道路建設(shè)迅猛發(fā)展，特別是在我國(guó)的西南多山地區(qū)，越來(lái)越多大跨度橋梁建在地震斷裂帶附近等高地震烈度區(qū)，橋基岸坡的穩(wěn)定性受到很大的威脅，而邊坡的穩(wěn)定性又影響著橋梁結(jié)構(gòu)的安全性［2］－［4］。因此，分析評(píng)價(jià)高地震烈度區(qū)橋基岸坡穩(wěn)定性具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

新建大理－瑞麗鐵路瀾滄江大橋橋址位于青藏高原南部地震區(qū)滇西地震活動(dòng)帶內(nèi)，區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高，是一條中強(qiáng)地震活動(dòng)非常頻繁的地帶，大橋所處位置地質(zhì)情況復(fù)雜，強(qiáng)震作用下的大橋岸坡穩(wěn)定性分析十分重要。本文采用彈塑性損傷本構(gòu)模型進(jìn)行有限元數(shù)值計(jì)算［5］，對(duì)瀾滄江大橋岸坡在強(qiáng)震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析，為工程設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)和參考。

1 工程概況

瀾滄江大橋位于云南省保山市水寨鄉(xiāng)北3 km附近的瀾滄江峽谷中，河床狹窄，地勢(shì)險(xiǎn)峻，大理側(cè)橋臺(tái)位于瀾滄江左岸博南山坡，坡角約50°左右，瑞麗側(cè)橋臺(tái)位于瀾滄江右岸羅岷山陡崖之上，坡角約60°左右。橋址附近河床相對(duì)順直，與線位近正交，寬約82 m，水深約10m。該橋?yàn)橹骺?52 m的鋼筋混凝土拱橋，橋高大于100m，全橋長(zhǎng)497.5 m。

2 工程地質(zhì)條件

瀾滄江大橋地處云貴高原西緣，橫斷山脈南段的滇西縱谷地帶，大橋兩側(cè)地層主要受平坡斷層控制，主要出露地層包括第四系碎石土、卵石土及粉質(zhì)黏土，下第三系塊狀石灰質(zhì)礫巖夾砂巖;三疊系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖及泥盆系變質(zhì)砂巖。

橋址位于青藏高原南部地震區(qū)滇西地震活動(dòng)帶內(nèi)，該地震帶受“南北向怒江活動(dòng)斷裂帶及瀾滄江活動(dòng)斷裂帶”控制，應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜，地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高，中強(qiáng)地震活動(dòng)十分頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地震帶共記錄到Ms≥4.7級(jí)地震291次，其中Ms7.0～7.9級(jí)地震9次、Ms6.0～6.9級(jí)46次、Ms5.0～5.9級(jí)171次。近期發(fā)生的中強(qiáng)以上地震具有瀾滄江東西岸相互交替發(fā)生的特征。據(jù)《大理－瑞麗鐵路線工程場(chǎng)地活動(dòng)斷層鑒定及地震安全性評(píng)價(jià)》，滇西南地震帶地震活動(dòng)的周期比較短，100年內(nèi)一般會(huì)經(jīng)歷2～4個(gè)平靜期——活躍期，而且強(qiáng)震發(fā)生率高，估計(jì)未來(lái)百年內(nèi)的地震活動(dòng)水平與1900年以來(lái)的活動(dòng)水平相當(dāng)，可能發(fā)生多次Ms7級(jí)以上地震。橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震基本烈度Ⅷ度。

3 地震作用對(duì)岸坡巖體影響性分析

3.1 基本模型

三維有限元模型計(jì)算中巖體采用三維八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，本構(gòu)模型選用D－P彈塑性模型，基礎(chǔ)附近和坡腳區(qū)域網(wǎng)格加密，整體模型共建立約150000個(gè)單元。邊界條件為橫向左右邊界水平方向(X方向)約束，縱向左右邊界水平方向(Y方向)約束，底邊界全約束，重力加速度9.8 m/s2，地震水平加速峰值度取0.166 m/s2，反應(yīng)譜施加方向沿水平方向，模型見(jiàn)圖1。

3.2 地震作用下岸坡巖體動(dòng)力學(xué)分析

3.2.1 地震作用下岸坡巖體應(yīng)力特征

圖1 三維有限元計(jì)算模型

圖2 地震作用下天然狀態(tài)岸坡最大主應(yīng)力變化云圖

圖2為地震作用下岸坡最大主應(yīng)力變化云圖。由圖2可見(jiàn)，大理岸斷層附近巖體中產(chǎn)生的壓應(yīng)力最小，只有0.11MPa左右，河谷底部產(chǎn)生的壓應(yīng)力為0.35MPa，個(gè)別位置達(dá)到 0.40MPa。大理岸坡面由于斷層的存在，受地震影響較大，山間溝谷及山坡頂部產(chǎn)生了較大的壓應(yīng)力，達(dá) 0.40MPa左右，而瑞麗岸岸坡巖體最大主應(yīng)力變化在0.3～0.5MPa之間，變化較為均勻。

圖3 地震作用下天然狀態(tài)岸坡最大主應(yīng)力變化云圖

圖3為地震作用下岸坡最小主應(yīng)力變化云圖。如圖3可見(jiàn)，地震對(duì)岸坡巖體最小主應(yīng)力產(chǎn)生如下影響:(1)岸坡大部分坡面產(chǎn)生10 kPa的拉應(yīng)力，河谷谷底處出現(xiàn)拉應(yīng)力集中現(xiàn)象，拉應(yīng)力值為50 kPa左右，個(gè)別位置達(dá)到55 kPa;(2)地震造成大理岸斷層巖體中產(chǎn)生20 kPa的拉應(yīng)力，在河流下部巖體中的受壓區(qū)域，最大壓應(yīng)力達(dá)55 kPa。

3.2.2 地震作用下岸坡巖體位移特征

圖4為地震作用下線路縱剖面位移特征變化云圖。由圖4可見(jiàn)，在地震作用下，岸坡各部分的位移差別較大，位移最大處為大理岸斷層附近的巖體，水平位移量達(dá)到了5mm，豎向位移量為2mm，大理岸岸坡坡面水平位移量大部分在4mm左右，豎向位移量1mm作用，表明大理岸巖體在地震作用下，其位移趨勢(shì)主要面向坡外，特別是大理岸附近巖體將會(huì)向坡外運(yùn)動(dòng)，發(fā)生巖體的崩塌，滑動(dòng)，甚至破壞。相對(duì)來(lái)說(shuō)，瑞麗岸的岸坡水平和豎向位移量較小，在1～2mm之間，表明地震造成的瑞麗岸岸坡巖體的位移量相對(duì)較小。

3.2.3 地震作用下岸坡巖體強(qiáng)度分析

圖4 地震作用下線路縱剖面位移特征變化云圖

圖5 地震作用下線路縱剖面岸坡巖體強(qiáng)度特征

圖5為地震作用下線路縱剖面岸坡巖體強(qiáng)度特征等值線圖。圖示區(qū)域內(nèi)岸坡巖體大都滿足強(qiáng)度要求，但在大理岸坡面斷層附近岸坡巖體及岸坡坡腳附近巖體安全系數(shù)小于1，表明該部位巖體在地震作用下，會(huì)造成坡面巖體破壞，引起坡面巖體塌落、滑動(dòng)。而瑞麗岸坡面巖體在地震作用下會(huì)發(fā)生較大范圍的巖體破壞。

5 結(jié)論

三維有限元?jiǎng)恿W(xué)分析表明，瀾滄江大橋岸坡巖體在強(qiáng)震作用下，大理岸和瑞麗岸巖體內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，在河流下部巖體受兩側(cè)巖體的擠壓作用產(chǎn)生壓應(yīng)力。斷層內(nèi)部巖體最小主應(yīng)力明顯小于兩側(cè)巖體，但在山間溝谷及山坡頂部巖體產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。最大位移發(fā)生在大理岸斷層附近的坡面，最大水平位移為5mm左右，瑞麗岸岸坡巖體位移量在2mm左右。巖體強(qiáng)度特征分析表明，大理岸坡面斷層附近岸坡巖體及岸坡坡腳附近巖體在地震作用下，會(huì)造成坡面巖體破壞，引起坡面巖體塌落、滑動(dòng)，而瑞麗岸坡面巖體在地震作用下會(huì)發(fā)生較大范圍的巖體破壞。

［1］薄景山，徐國(guó)棟，景立平.土邊坡地震反應(yīng)及其動(dòng)力穩(wěn)定性分析［J］.地震工程與工程振動(dòng)，2001，21(2):116－120

［2］劉漢龍，費(fèi)康，高玉峰.邊坡地震穩(wěn)定性時(shí)程分析方法［J］.巖土力學(xué)，2003，24(4):553 －556

［3］陳玲玲，陳敏中，錢勝國(guó).巖質(zhì)陡高邊坡地震動(dòng)力穩(wěn)定分析［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2004，21(1):33 －35

［4］吳兆營(yíng)，薄景山，劉紅帥，等.巖體邊坡地震穩(wěn)定性動(dòng)安全系數(shù)分析方法［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2004，24(3):237 －241

［5］Chen Jian，Yin Jian－h(huán)ua，Lee C.F.Stability analysis of the permanent ship lock slopes of the TGP under seismic action［G］//Vancouve，B.C.，Canada，Paper No.350，2004