楊果林，文暢平,

(1. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410075；2. 中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410004)

建設(shè)中的大(理)—瑞(麗)鐵路沿線有大量基覆邊坡(厚覆蓋層和基巖)，需要采用相應(yīng)的工程措施對(duì)其進(jìn)行支護(hù)，格構(gòu)錨桿框架支護(hù)邊坡是其中的措施之一。該鐵路位于云南滇西地區(qū)，屬于高烈度地震多發(fā)區(qū)，因而需要對(duì)沿線的格構(gòu)錨桿框架支護(hù)邊坡在地震作用下的動(dòng)力特性進(jìn)行研究，為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。巖土邊坡動(dòng)力變形和破壞問(wèn)題一直是巖土工程和地震工程主要的研究課題，研究方法主要有模型試驗(yàn)和數(shù)值分析。邊坡動(dòng)力模型試驗(yàn)方法主要有3種：爆炸模型試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。由于振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)[1-2]是在地震模擬振動(dòng)臺(tái)上輸入設(shè)計(jì)地震波，直接由臺(tái)面推動(dòng)測(cè)取模型動(dòng)力特性，因而較好地模擬了地震動(dòng)力問(wèn)題，并且能準(zhǔn)確再現(xiàn)地震波波形、自動(dòng)和精確地采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)限次地進(jìn)行地震模擬。盡管振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)難以解決重力相似問(wèn)題，但仍然是研究邊坡與支擋結(jié)構(gòu)地震變形和破壞問(wèn)題以及檢驗(yàn)數(shù)值分析結(jié)果的重要手段之一[3-9]。由于通過(guò)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)對(duì)邊坡和支擋結(jié)構(gòu)的地震動(dòng)力問(wèn)題進(jìn)行的研究較少，本文作者以大瑞鐵路沿線格構(gòu)錨桿框架支護(hù)邊坡為研究對(duì)象，以汶川波作為設(shè)計(jì)輸入地震波，在邊坡模型中布置加速度、動(dòng)位移和動(dòng)土壓力傳感器，進(jìn)行大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)旨在研究地震作用下格構(gòu)錨桿框架支護(hù)邊坡的加速度動(dòng)力響應(yīng)、動(dòng)位移和動(dòng)土壓力響應(yīng)特性。

1 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)

試驗(yàn)在重慶交通科研設(shè)計(jì)院橋梁工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該試驗(yàn)室的地震模擬振動(dòng)臺(tái)為大型高性能3軸向6自由度寬頻域地震模擬臺(tái)陣系統(tǒng)，單個(gè)臺(tái)面尺寸為3 m×6 m(寬×長(zhǎng))，承載的最大試件質(zhì)量為350 kN，工作頻率為0.1～50 Hz，水平和豎直向最大位移分別為150 mm和100 mm，水平和豎直向最大速度分別為800 mm/s和600 mm/s，水平和豎直向最大加速度為1g(1g=9.8 m/s2)。

試驗(yàn)擬采集的數(shù)據(jù)包括：加速度、位移、土壓力，利用 Dewetron2010 動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集和存儲(chǔ)3種傳感器的響應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.1 相似關(guān)系設(shè)計(jì)

本模型試驗(yàn)的控制量為幾何尺寸、密度和加速度，其相似常數(shù)分別取Cl=8，Cρ=1，Ca=1，模型與原型尺寸的相似比為 1:8，按照相似理論和量綱分析方法[10-12]，確定其余物理量的相似常數(shù)如表1所示。

表1 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)相似常數(shù)Table 1 Similarity coefficients of shaking table test

1.2 模型設(shè)計(jì)與傳感器布設(shè)

本模型試驗(yàn)?zāi)M的原型邊坡為大瑞鐵路 DK10＋400～DK11＋535段基覆邊坡。該段邊坡地層為碎石土，其碎石為花崗片麻巖，最大粒徑為16～20 cm，含量約65%，土質(zhì)為黏性土，屬Ⅲ級(jí)硬土。碎石土的天然重度 γ=21 kN/m3，黏聚力c=0 Pa，內(nèi)摩擦角 φ=35°。本試驗(yàn)?zāi)M邊坡高度為12 m，坡度為1:1.25。根據(jù)表1的模型相似關(guān)系，模型邊坡尺寸設(shè)計(jì)為 150 cm(高)×150 cm(寬)，邊坡坡率 1:1.25。

試驗(yàn)采用鋼板、型鋼和有機(jī)玻璃制作的一端開(kāi)口的剛性模型箱，內(nèi)空尺寸為 340 cm×150 cm×210 cm(長(zhǎng)×寬×高)。邊坡模型及其詳細(xì)尺寸、模型箱和邊坡模型全貌分別如圖1～3所示。

圖1 邊坡模型及測(cè)點(diǎn)位置圖(單位：cm)Fig.1 Slope model and the locations of transducers

圖2 剛性模型箱Fig.2 Rigid model box

圖3 模型邊坡全貌Fig.3 Overall perspective of test model

試驗(yàn)設(shè)置12個(gè)加速度傳感器，6個(gè)動(dòng)位移傳感器和4個(gè)動(dòng)土壓力傳感器，分別測(cè)定模型邊坡加速度動(dòng)力響應(yīng)、護(hù)坡動(dòng)位移和邊坡土體動(dòng)土壓力響應(yīng)特性。所有傳感器沿模型邊坡中軸線縱剖面布設(shè)，01點(diǎn)距基座6 cm，03點(diǎn)距坡頂10 cm，其余測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。在格構(gòu)框架上的1，2和3點(diǎn)等處，設(shè)置的水平方向加速度傳感器編號(hào)為AH1，AH2，AH3；豎直方向的加速度傳感器編號(hào)為 AV1，AV2，AV3；設(shè)置的水平方向動(dòng)位移傳感器編號(hào)為DH-1，DH-2，DH-3；豎直方向動(dòng)位移傳感器編號(hào)為 DV-1，DV-2，DV-3。在坡內(nèi)的01，02和03點(diǎn)等處，設(shè)置的水平方向加速度傳感器編號(hào)為 AH01，AH02，AH03；豎直方向的加速度傳感器編號(hào)為AV01，AV02，AV03；設(shè)置的水平方向動(dòng)土壓力傳感器編號(hào)分別為FH1，F(xiàn)H2，F(xiàn)H3。此外，在 02點(diǎn)處增設(shè)豎直方向動(dòng)土壓力傳感器，編號(hào)為FV2。

在臺(tái)面、基座底面和頂面分別布設(shè)了3個(gè)水平方向和3個(gè)豎直方向加速度傳感器，編號(hào)分別為AH-01，AH-2，AH-03以及AV-01，AV-02，AV-03。傳感器型號(hào)詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)表2。

表2 模型試驗(yàn)傳感器型號(hào)說(shuō)明Table 2 Specification of each transducer

1.3 試驗(yàn)材料的選取

在模型箱底部澆注高度40 cm的C25混凝土，其上再澆筑表面為圓弧面的C25混凝土，以模擬基質(zhì)巖層，并將錨桿預(yù)埋其中。試驗(yàn)用土為碎石土，土石質(zhì)量比為4:6，填筑壓實(shí)度為90%，碎石最大粒徑≤2cm，土的最大干密度 ρdmax=2.18 g/cm3，土的最佳含水量wopt=5.34%，c=6.2 kPa，φ=34°。格構(gòu)框架梁截面為 4 cm的正方形，材料采用加氣微?；炷粒O(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為5 MPa，混凝土內(nèi)鋼筋和錨桿以直徑4 mm的鐵絲模擬。

1.4 地震波輸入及加載制度

試驗(yàn)采用的地震波有3種：汶川波、大瑞人工合成波和Kobe波。本文主要探討汶川波(2008，代號(hào)為WC)作用下，邊坡加速度動(dòng)力響應(yīng)、動(dòng)位移和動(dòng)土壓力響應(yīng)特性。汶川波分別采用水平單向(X向)、豎直單向(Z向)和水平豎直雙向(XZ向)(由X和Z向合成)3種方式加載，代號(hào)分別為：WC_X，WC_Z和WC_XZ。激振方向X向和Z向見(jiàn)圖1所示，地震波的時(shí)間壓縮比為 2.83。汶川波具有較豐富的高頻成分，在小于0.15 s的短周期范圍內(nèi)，其豎向反應(yīng)譜比水平規(guī)范譜大，而長(zhǎng)周期范圍內(nèi)則小很多，其主震持時(shí)約為20 s，主頻約為5 Hz。汶川波加速度時(shí)程曲線見(jiàn)圖4。

圖4 汶川波加速度時(shí)程曲線Fig.4 Time-history of Wenchuan seismic wave

試驗(yàn)研究的地震烈度為VII～X，根據(jù)文獻(xiàn)[13-14]，將相應(yīng)的加速度峰值調(diào)整為：0.1g，0.2g，0.4g和0.6g。試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上增加了0.8g和1.0g 2種工況，并采用逐級(jí)施加地震加速度的方式進(jìn)行。當(dāng)X向加載時(shí)，按上述加速度峰值逐級(jí)加載；當(dāng)Z向加載時(shí)，按X向峰值的2/3折減后逐級(jí)進(jìn)行加載。具體加載制度見(jiàn)表3。

2 邊坡加速度動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律

由于每次地震波加載后，臺(tái)面實(shí)測(cè)水平和豎直向加速度峰值與激振加速度峰值基本吻合，表明試驗(yàn)是可靠的。此外，由于混凝土基座對(duì)臺(tái)面水平和豎直加速度存在一定的放大效應(yīng)，且豎直方向表現(xiàn)明顯，因此，在進(jìn)行模型加速度動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)，以臺(tái)面加速度傳感器響應(yīng)峰值作為控制點(diǎn)。

以 PGA[15-17]的響應(yīng)峰值放大系數(shù)(Amplification of PGA，記為PGAA)進(jìn)行邊坡模型加速度動(dòng)力響應(yīng)分析。規(guī)定：X向單向激振時(shí)，PGAA為測(cè)點(diǎn)加速度響應(yīng)峰值與臺(tái)面X向響應(yīng)峰值實(shí)測(cè)值的比值；Z向單向激振時(shí)，PGAA為測(cè)點(diǎn)加速度響應(yīng)峰值與臺(tái)面Z向響應(yīng)峰值實(shí)測(cè)值的比值；XZ雙向激振時(shí)，X向PGAA為測(cè)點(diǎn)與臺(tái)面X向響應(yīng)峰值實(shí)測(cè)值的比值，Z向PGAA為測(cè)點(diǎn)與臺(tái)面Z向響應(yīng)峰值實(shí)測(cè)值的比值。

表3 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)加載制度Table 3 Loading rule of shaking table test

2.1 邊坡水平方向加速度響應(yīng)規(guī)律

汶川波3種加載方式下，護(hù)坡和坡體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)X向PGAA隨激振加速度的響應(yīng)規(guī)律如圖5和圖6所示，X向PGAA隨坡高的響應(yīng)規(guī)律如圖7和圖8所示。由圖7和圖8可見(jiàn)：在X向激振下，6個(gè)測(cè)點(diǎn)的X向PGAA隨激振加速度增大呈現(xiàn)出非線性特征，坡體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的X向PGAA大于護(hù)坡，即坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度大于坡面。護(hù)坡中下方(AH1和AH2)X向PGAA在激振加速度峰值A(chǔ)Xmax≤0.4g時(shí)小幅增大，AXmax＞0.4g時(shí)小幅減??；上方(AH3)的X向PGAA在AXmax≤0.6g時(shí)隨激振加速度增大而增大，AXmax＞0.6g時(shí)則小幅減小。對(duì)于坡體來(lái)說(shuō)，邊坡中下部(AH01和AH02)X向PGAA變化平緩，而邊坡上部(AH03)則隨激振加速度增幅較大。

高程對(duì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)顯著，X向PGAA隨坡高表現(xiàn)出非線性增大的特征，但是，AXmax≤0.4g時(shí)增大的幅度小于AXmax≥0.6g時(shí)的情形。

圖5 護(hù)坡X向PGAA隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.5 Response mechanism of X-PGAA of lattice frame with peak exciting acceleration

圖6 坡體X向PGAA隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.6 Response mechanism of X-PGAA in slope with peak exciting acceleration

圖7 護(hù)坡X向PGAA隨坡高響應(yīng)規(guī)律Fig.7 Response mechanism of X-PGAA of lattice frame with slope height

在Z向激振下，激振加速度峰值A(chǔ)Zmax≥0.267g時(shí)在邊坡中部和上部產(chǎn)生較大的水平方向加速度放大效應(yīng)，且坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)程度同樣比坡面的大。

高程對(duì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)也較為明顯，X向PGAA隨坡高同樣表現(xiàn)出非線性特征。除 AZmax≤0.133g時(shí)護(hù)坡上方X向PGAA有減小的趨勢(shì)，其他加載方式下則隨坡高非線性增大。

在XZ向激振下，只有當(dāng)AXmax≥0.6g時(shí)AH03的PGAA繼續(xù)增大外，其余加載條件下其他測(cè)點(diǎn)的PGAA變化不大。邊坡中下方坡內(nèi)外動(dòng)力響應(yīng)程度基本一致，而上方坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)程度比坡面的強(qiáng)。從高程對(duì)邊坡水平地震動(dòng)力響應(yīng)特征來(lái)看，邊坡下部和中部響應(yīng)特征相同，即X向PGAA隨坡高而增大。邊坡上部響應(yīng)特征多變：護(hù)坡X向PGAA除AXmax=0.6g增大外，其余情況下都隨坡高而減??；坡體X向PGAA除AXmax≤0.2g減小外，其余情況則是隨坡高而增大。這與文獻(xiàn)[17-19]中的結(jié)論不完全一致。

此外，汶川波XZ向激振下，各測(cè)點(diǎn)PGAA并不大于X向單向激振時(shí)的情形。

通過(guò)上述分析得出：模型邊坡X向加速度的放大主要是由于水平方向地震波引起的，并且這種放大效應(yīng)主要體現(xiàn)在邊坡中上方，這與文獻(xiàn)[19-20]中的研究結(jié)論一致。豎直方向地震波在AZmax≥0.267g時(shí)，也會(huì)對(duì)邊坡水平方向加速度產(chǎn)生較大的放大效應(yīng)。

2.2 邊坡豎直方向加速度響應(yīng)規(guī)律

汶川波3種加載方式下，護(hù)坡和坡體內(nèi)各測(cè)點(diǎn)Z向PGAA隨激振加速度的響應(yīng)規(guī)律如圖9和圖10所示，Z向 PGAA隨坡高的響應(yīng)規(guī)律如圖 11和圖 12所示。

從圖9～12可見(jiàn)：在X向激振下，邊坡上方Z向PGAA較為接近X向PGAA，其他測(cè)點(diǎn)也產(chǎn)生較大的豎直方向加速度響應(yīng)，表明X向激振時(shí)，水平和豎直方向都產(chǎn)生加速度動(dòng)力響應(yīng)[21]。此時(shí)坡內(nèi)外加速度動(dòng)力響應(yīng)程度基本一致。Z向PGAA隨坡高響應(yīng)表現(xiàn)出非線性特征。邊坡中部Z向PGAA最小，上部最大，呈現(xiàn)出兩頭大中間小的特征。

圖8 坡體X向PGAA隨坡高響應(yīng)規(guī)律Fig.8 Response mechanism of X-PGAA in slope with slope height

圖9 護(hù)坡Z向PGAA隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.9 Response mechanism of Z-PGAA of lattice frame with peak exciting acceleration

圖10 坡體Z向PGAA隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.10 Response mechanism of Z-PGAA in slope with peak exciting acceleration

圖11 護(hù)坡Z向PGAA隨坡高響應(yīng)規(guī)律Fig.11 Response mechanism of Z-PGAA of lattice frame with slope height

圖12 坡體Z向PGAA隨坡高響應(yīng)規(guī)律Fig.12 Response mechanism of Z-PGAA in slope with slope height

在Z向激振下，邊坡Z向PGAA總體上隨激振加速度增大而增大。AZmax≥0.4g時(shí)邊坡上部坡內(nèi)加速度動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度比坡面的大；而對(duì)于中下部，坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度總體上比坡面的小。Z向PGAA隨坡高響應(yīng)顯著且表現(xiàn)出非線性特征，其中AZmax≤0.267g時(shí)Z向PGAA隨坡高非線性減小，而 AZmax≥0.4g時(shí) Z向PGAA隨坡高非線性增大。

在 XZ向激振下，豎直方向地震動(dòng)力響應(yīng)明顯，且比水平向動(dòng)力響應(yīng)程度顯著。Z向PGAA隨激振加速度非線性增大。坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)程度總體上比坡面的弱。高程對(duì)邊坡豎直方向地震動(dòng)力響應(yīng)明顯，表現(xiàn)出非線性特征，AXmax≥0.4g時(shí)Z向PGAA隨坡高而增大。

通過(guò)上述分析得出：模型邊坡 Z向加速度的放大主要是由于豎直方向地震波引起的。但是水平方向地震波會(huì)對(duì)邊坡上部豎直方向加速度產(chǎn)生較大的放大效應(yīng)。

3 護(hù)坡動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律

3.1 護(hù)坡水平方向動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律

汶川波3種加載方式下，護(hù)坡各測(cè)點(diǎn)X向動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律如圖13和圖14所示。

從圖13～14可見(jiàn)：X向激振下，各測(cè)點(diǎn)動(dòng)位移在激振加速度峰值 AXmax≤0.6g時(shí)響應(yīng)值較小，AXmax≥0.8g時(shí)動(dòng)位移響應(yīng)幅度較大且永久位移急劇增大。

各測(cè)點(diǎn)的永久位移在AXmax≤0.6g時(shí)為負(fù)值，表明格構(gòu)框架梁向土體外側(cè)移動(dòng)；AXmax＞0.6g時(shí)都為正值，表明格構(gòu)框架梁在水平方向向土體方向移動(dòng)。

在Z向激振下，動(dòng)位移響應(yīng)幅度較小，且永久位移的量值很小，表明格構(gòu)框架梁在X方向上的位移主要由X向激振波所產(chǎn)生。

XZ向激振下，各測(cè)點(diǎn)動(dòng)位移在AXmax≤0.4g時(shí)響應(yīng)值較小，AXmax≥0.6g時(shí)動(dòng)位移響應(yīng)幅度較大，永久位移逐漸增大且增大的幅度顯著。此時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移響應(yīng)強(qiáng)度特性與X向激振時(shí)相同，但永久位移方向相反，表明護(hù)坡離開(kāi)土體向外側(cè)移動(dòng)，同時(shí)繞上端轉(zhuǎn)動(dòng)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：動(dòng)位移響應(yīng)呈現(xiàn)出非線性特征[22]。這種特性不僅與激振加速度峰值有關(guān)，而且與測(cè)點(diǎn)位置、地震動(dòng)方向和持續(xù)時(shí)間、端部約束等諸多因素有關(guān)。

3.2 護(hù)坡豎直方向動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律

汶川波3種加載方式下，護(hù)坡各測(cè)點(diǎn)Z向動(dòng)位移響應(yīng)規(guī)律如圖15和圖16所示。

圖13 X向動(dòng)位移峰值隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.13 Response mechanism of X peak displacement with peak exciting acceleration

圖14 X向永久位移隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.14 Response mechanism of X permanent displacement with peak exciting acceleration

圖15 Z向動(dòng)位移峰值隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.15 Response mechanism of Z peak displacement with peak exciting acceleration

圖16 Z向永久位移隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律Fig.16 Response mechanism of Z permanent displacement with peak exciting acceleration

從圖15～16可見(jiàn)：在X向激振下，激振加速度峰值A(chǔ)Xmax≤0.6g時(shí)各測(cè)點(diǎn)豎直方向永久位移較小。對(duì)測(cè)點(diǎn)永久位移數(shù)據(jù)分析表明：下端和上端向下移動(dòng)，中部向上移動(dòng)，發(fā)生彎曲變形。結(jié)合X方向的永久位移，格構(gòu)框架梁發(fā)生向土體方向的平移，同時(shí)向邊坡下方移動(dòng)。

在Z向激振下，各測(cè)點(diǎn)豎直向動(dòng)位移響應(yīng)幅度比X向單向激振時(shí)更小，且永久位移遠(yuǎn)小于X向單向激振時(shí)的情形。因此，可以認(rèn)為護(hù)坡Z向位移主要由水平方向的地震波所引起。

在XZ向激振下，動(dòng)位移豎直向響應(yīng)與X向單向激振時(shí)的情形相似。AXmax≤0.6g時(shí)，各測(cè)點(diǎn)豎直方向永久位移較小，但是，比X向單向激振時(shí)稍大。由于下端Z向永久位移為負(fù)值，中部和上部為正值，結(jié)合X向永久位移，說(shuō)明格構(gòu)框架梁在離開(kāi)土體平移的同時(shí)繞上端轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 邊坡動(dòng)土壓力響應(yīng)規(guī)律

以激振加速度AXmax=0.6g時(shí)的動(dòng)土壓力響應(yīng)時(shí)程曲線(如圖17所示)為例，說(shuō)明汶川波雙向激振時(shí)動(dòng)土壓力響應(yīng)規(guī)律。

汶川波有2個(gè)加速度幅值較大的時(shí)段，動(dòng)土壓力響應(yīng)隨之出現(xiàn)了2次突變，且第1次突變比第2次顯著。地震動(dòng)使得邊坡產(chǎn)生殘余土壓力，其大小與測(cè)點(diǎn)位置、地震動(dòng)強(qiáng)度等因素有關(guān)。當(dāng)經(jīng)歷了較強(qiáng)的地震動(dòng)激振后，再經(jīng)歷同樣大小的激振時(shí)殘余土壓力突變不顯著，這也就是第2次突變?nèi)跤诘?次突變的原因。

各測(cè)點(diǎn)動(dòng)土壓力隨激振加速度響應(yīng)規(guī)律如圖 18所示，隨坡高的響應(yīng)規(guī)律見(jiàn)圖19所示。

圖17 汶川波XZ雙向激振下(AXmax=0.6g)各測(cè)點(diǎn)動(dòng)土壓力響應(yīng)時(shí)程曲線Fig.17 Time-history of seismic earth pressure under XZ excitation (AXmax=0.6g)

圖18 各測(cè)點(diǎn)動(dòng)土壓力峰值隨汶川波激振加速度和激振方式變化情況Fig.18 Response mechanism of peak seismic earth pressure with peak exciting acceleration and directions

圖19 邊坡動(dòng)土壓力在坡高上的響應(yīng)規(guī)律Fig.19 Response mechanism of seismic earth pressure with slope height

從圖19可見(jiàn)：在汶川波X向、Z向或XZ雙向激振下，各測(cè)點(diǎn)動(dòng)土壓力峰值總體上都隨激振波加速度的增大而增大；X向單向激振時(shí)各測(cè)點(diǎn)動(dòng)土壓力峰值總體上比Z向單向激振時(shí)的稍大。

對(duì)FH2和FV2的數(shù)據(jù)分析表明：汶川波X單向或XZ雙向激振下，在激振加速度峰值A(chǔ)Xmax≤0.4g時(shí)，水平方向和豎直方向動(dòng)土壓力峰值較接近；當(dāng) AXmax＞0.4g時(shí)，水平方向動(dòng)土壓力峰值遠(yuǎn)大于豎直方向。在Z向單向激振下，水平方向動(dòng)土壓力峰值同樣遠(yuǎn)大于豎直方向動(dòng)土壓力峰值。

從動(dòng)土壓力在坡高上的響應(yīng)特征看：無(wú)論是X向、Z向單向激振或XZ雙向激振下，動(dòng)土壓力表現(xiàn)出非線性特征，當(dāng) AXmax≥0.4g(AZmax≥0.267g)時(shí)，動(dòng)土壓力峰值的最大值都出現(xiàn)在坡中，呈現(xiàn)出兩頭小、中間大的非線性分布規(guī)律[23]。

5 結(jié)論

(1) 3種激振方式都使得邊坡產(chǎn)生水平和豎直向加速度動(dòng)力響應(yīng)，且這種動(dòng)力響應(yīng)及PGAA隨坡高變化都呈現(xiàn)出明顯的非線性特征。水平向激振主要產(chǎn)生水平方向加速度放大效應(yīng)，邊坡上方響應(yīng)強(qiáng)度比中下方明顯，內(nèi)部響應(yīng)強(qiáng)度比坡面明顯；豎直向激振主要產(chǎn)生豎直方向加速度放大效應(yīng)，邊坡中上方坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度大于坡面，邊坡下方坡內(nèi)動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度稍弱于坡面；水平和豎直雙向激振時(shí)，水平向加速度動(dòng)力響應(yīng)特征是：強(qiáng)度明顯弱于豎直向；邊坡中下方PGAA隨激振加速度增大的變化幅度較小，隨坡高增大呈現(xiàn)出非線性增大；邊坡上部響應(yīng)特征多變，如護(hù)坡X向PGAA除激振加速度峰值A(chǔ)Xmax=0.6g增大外，其余情況下都隨坡高而減小；坡體X向PGAA除AXmax≤0.2g減小外，其余情況則是隨坡高而增大。豎直向加速度動(dòng)力響應(yīng)特征是AXmax≥0.4g時(shí)PGAA隨坡高非線性增大。

(2) 3種激振方式下動(dòng)位移響應(yīng)都呈現(xiàn)出非線性特征，水平方向動(dòng)位移響應(yīng)程度明顯比豎直方向的大，水平向的永久位移遠(yuǎn)比豎直向的大，且豎直向激振時(shí)所產(chǎn)生的永久位移幾乎可以忽略不計(jì)。此外，在水平和豎直雙向激振時(shí)，水平向動(dòng)位移響應(yīng)程度比水平向單向激振時(shí)的強(qiáng)，且永久位移量值大但方向相反，豎直向永久位移與水平向單向激振時(shí)接近。

(3) 在 3種激振方式下，水平方向動(dòng)土壓力響應(yīng)程度比較接近；水平向動(dòng)土壓力響應(yīng)程度大于豎直方向動(dòng)土壓力響應(yīng)；水平方向動(dòng)土壓力響應(yīng)都呈現(xiàn)出兩頭小、中間大的非線性特征，即動(dòng)土壓力峰值的最大值都出現(xiàn)在坡中。

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