上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗：動力響應(yīng)與破壞機(jī)理探究一、引言1.1研究背景與意義在各類工程建設(shè)中，上硬下軟巖質(zhì)邊坡極為常見，尤其是在山區(qū)道路、水利水電、露天采礦等工程。這種特殊結(jié)構(gòu)的邊坡，上部為堅硬的巖石，如砂巖、灰?guī)r等，具有較高的強(qiáng)度和抗變形能力；下部為軟弱巖石，像頁巖、泥巖等，強(qiáng)度較低且易受外界因素影響而發(fā)生變形。這種軟硬不均的特性使得邊坡在各種荷載作用下，力學(xué)行為復(fù)雜，穩(wěn)定性問題突出。我國是地震頻發(fā)的國家，尤其是西南地區(qū)，處于板塊交界處，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動頻繁。如2008年汶川地震、2013年蘆山地震以及2022年瀘定地震等，這些地震不僅對建筑物造成了巨大破壞，還引發(fā)了大量的邊坡失穩(wěn)災(zāi)害。上硬下軟巖質(zhì)邊坡在地震作用下，由于軟硬巖層的動力響應(yīng)差異，更容易發(fā)生變形、滑移、崩塌等破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著人民生命財產(chǎn)安全和工程設(shè)施的正常運(yùn)行。例如，在汶川地震中，大量上硬下軟巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)，導(dǎo)致道路中斷、橋梁垮塌，阻礙了救援工作的及時開展；一些位于邊坡附近的居民房屋被掩埋，造成了人員傷亡和財產(chǎn)的巨大損失。為了保障工程建設(shè)的安全與穩(wěn)定，深入研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡在地震作用下的失穩(wěn)機(jī)理和動力響應(yīng)特征至關(guān)重要。振動臺模型試驗作為一種重要的研究手段，能夠在實驗室條件下模擬真實的地震作用，通過對模型邊坡的監(jiān)測和分析，獲取邊坡在地震過程中的加速度、位移、應(yīng)力等響應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而揭示邊坡的失穩(wěn)過程和機(jī)制。與數(shù)值模擬相比，振動臺模型試驗更加直觀、真實，能夠考慮到巖土材料的非線性特性、復(fù)雜的邊界條件以及各種因素的耦合作用。同時，通過振動臺模型試驗得到的結(jié)果，可以為數(shù)值模擬提供驗證和校準(zhǔn)，提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，研究成果還能為上硬下軟巖質(zhì)邊坡的抗震設(shè)計、加固處理以及災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，具有重要的工程實踐意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀上硬下軟巖質(zhì)邊坡的研究一直是巖土工程領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，眾多學(xué)者通過理論分析、數(shù)值模擬和模型試驗等多種方法，對其力學(xué)特性、變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性進(jìn)行了深入探究。隨著科技的不斷進(jìn)步，振動臺模型試驗作為一種重要的研究手段，在揭示上硬下軟巖質(zhì)邊坡地震響應(yīng)機(jī)制方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在國外，早期的研究主要集中在邊坡穩(wěn)定性分析的理論方法上。如瑞典條分法、畢肖普法等，這些方法為邊坡穩(wěn)定性分析奠定了基礎(chǔ)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法逐漸興起，有限元法、離散元法等被廣泛應(yīng)用于邊坡力學(xué)行為的研究。在振動臺模型試驗方面，國外學(xué)者開展了大量的研究工作。日本學(xué)者率先開展了巖質(zhì)邊坡的振動臺模型試驗，研究了不同巖性、結(jié)構(gòu)的邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)特征，發(fā)現(xiàn)邊坡的加速度響應(yīng)沿坡面向上逐漸增大，且在坡頂處出現(xiàn)明顯的放大效應(yīng)。美國學(xué)者通過振動臺試驗，對含軟弱夾層的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了研究，分析了軟弱夾層的厚度、位置對邊坡穩(wěn)定性的影響，指出軟弱夾層的存在會顯著降低邊坡的穩(wěn)定性，且夾層越厚、位置越靠近坡面，邊坡越容易失穩(wěn)。國內(nèi)對于上硬下軟巖質(zhì)邊坡的研究起步相對較晚，但發(fā)展迅速。在理論研究方面，我國學(xué)者結(jié)合國內(nèi)的工程實際，對傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了改進(jìn)和完善，并提出了一些新的理論和方法。如基于能量原理的邊坡穩(wěn)定性分析方法，考慮了邊坡在變形破壞過程中的能量轉(zhuǎn)化，為邊坡穩(wěn)定性評價提供了新的思路。在數(shù)值模擬方面，國內(nèi)學(xué)者利用先進(jìn)的數(shù)值計算軟件，對復(fù)雜地質(zhì)條件下的上硬下軟巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了模擬分析，研究了邊坡在地震、降雨等多種荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)和破壞過程。在振動臺模型試驗方面，國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)和高校開展了一系列相關(guān)研究。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所通過振動臺模型試驗，研究了上硬下軟巖質(zhì)邊坡在不同地震波作用下的加速度、位移響應(yīng)規(guī)律，分析了地震波類型、幅值和頻率對邊坡動力響應(yīng)的影響。重慶交通大學(xué)針對三峽庫區(qū)上硬下軟巖質(zhì)邊坡，開展了大型振動臺模型試驗，揭示了該類邊坡在地震作用下的變形破壞模式，提出了相應(yīng)的加固措施。盡管國內(nèi)外學(xué)者在上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗研究方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。在試驗方法上，目前的振動臺模型試驗大多采用相似材料制作模型，然而相似材料的力學(xué)性質(zhì)與原型材料存在一定差異，這可能會影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，試驗過程中邊界條件的模擬也存在一定困難，難以完全真實地反映實際工程中的情況。在研究內(nèi)容上，對于上硬下軟巖質(zhì)邊坡在復(fù)雜地質(zhì)條件下的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制研究還不夠深入，如考慮節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面的影響，以及地下水與地震力的耦合作用等。同時，對于不同類型地震波作用下邊坡的響應(yīng)規(guī)律，以及多因素對邊坡穩(wěn)定性的綜合影響研究還相對較少。本研究將在前人研究的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有研究的不足，通過改進(jìn)試驗方法，優(yōu)化相似材料的配制，更精確地模擬邊界條件，深入研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡在復(fù)雜地震作用下的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制。同時，綜合考慮多種因素對邊坡穩(wěn)定性的影響，建立更加完善的邊坡穩(wěn)定性評價體系，為工程實踐提供更可靠的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。1.3研究內(nèi)容與技術(shù)路線1.3.1研究內(nèi)容本研究圍繞上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗展開，旨在深入揭示此類邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)特征與失穩(wěn)機(jī)制，為工程實踐提供堅實的理論依據(jù)與技術(shù)支撐，具體研究內(nèi)容如下：相似理論與相似材料研究：深入剖析相似理論的基本原理，運(yùn)用量綱分析法精準(zhǔn)推導(dǎo)適用于上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗的相似準(zhǔn)則。通過大量試驗，系統(tǒng)研究不同原材料的特性及其配比關(guān)系，研發(fā)出力學(xué)性能與實際巖石高度相似、且滿足試驗現(xiàn)場澆筑要求的軟硬巖相似材料。振動臺試驗設(shè)計與實施：依據(jù)相似理論確定的相似關(guān)系，精心設(shè)計并制作符合試驗要求的模型箱，對模型箱邊界進(jìn)行科學(xué)處理，以最大程度減小邊界效應(yīng)的影響。合理規(guī)劃傳感器的布設(shè)位置，確保能夠全面、準(zhǔn)確地采集模型邊坡在地震作用下的加速度、位移等響應(yīng)數(shù)據(jù)。按照嚴(yán)格的施工工藝，采用現(xiàn)場澆筑的方式構(gòu)建上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型。確定科學(xué)合理的試驗加載方案，選取具有代表性的天然地震波（如汶川地震波、蘆山地震波等）和人工合成波（如正弦波、三角波等）作為輸入激勵，設(shè)定不同的幅值、頻率和持時，模擬多種地震工況。邊坡動力響應(yīng)特征分析：基于傳感器采集到的豐富數(shù)據(jù)，深入研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡在不同地震波作用下的水平向和豎直向加速度響應(yīng)規(guī)律，分析地震波類型、幅值、頻率、激振方向以及邊坡巖體結(jié)構(gòu)等因素對加速度響應(yīng)的影響。探究邊坡在地震過程中的位移響應(yīng)規(guī)律，包括位移隨時間的變化趨勢、不同部位的位移分布特征等。研究邊坡的加速度放大系數(shù)、位移放大系數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律，進(jìn)一步揭示邊坡的動力響應(yīng)特性。邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究：通過對試驗過程中邊坡變形、破壞現(xiàn)象的細(xì)致觀察和記錄，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)的分析，深入探討上硬下軟巖質(zhì)邊坡在地震作用下的失穩(wěn)過程和機(jī)制。研究軟弱巖層的變形特性、硬巖與軟巖界面的力學(xué)行為以及節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面對邊坡失穩(wěn)的影響。分析地震力、重力、地下水等因素在邊坡失穩(wěn)過程中的相互作用，揭示多因素耦合作用下的邊坡失穩(wěn)機(jī)理。邊坡穩(wěn)定性評價方法研究：綜合考慮邊坡的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制，結(jié)合現(xiàn)有的邊坡穩(wěn)定性評價方法，建立適用于上硬下軟巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評價體系。運(yùn)用可靠度理論、數(shù)值模擬等方法，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量評價，給出邊坡在不同地震工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)和失效概率。通過與試驗結(jié)果的對比分析，驗證評價方法的準(zhǔn)確性和可靠性，為工程實踐中的邊坡穩(wěn)定性評價提供科學(xué)、有效的方法。1.3.2技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線遵循從理論研究到試驗設(shè)計與實施，再到結(jié)果分析與應(yīng)用的邏輯順序，具體如下：理論研究階段：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，全面了解上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。深入學(xué)習(xí)相似理論、巖體力學(xué)、地震工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本理論，為后續(xù)研究奠定堅實的理論基礎(chǔ)。根據(jù)研究目的和實際工程需求，確定試驗的相似準(zhǔn)則和相似關(guān)系，為模型設(shè)計和試驗方案制定提供理論依據(jù)。試驗準(zhǔn)備階段：根據(jù)相似關(guān)系，設(shè)計并制作模型箱，對模型箱邊界進(jìn)行處理，選擇合適的傳感器并進(jìn)行合理布設(shè)。按照相似材料的研究成果，配制軟硬巖相似材料，采用現(xiàn)場澆筑的方式建造上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型。選擇具有代表性的地震波，確定試驗加載方案，包括地震波的幅值、頻率、持時等參數(shù)。試驗實施階段：將建造好的模型放置在振動臺上，連接傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)。按照預(yù)定的加載方案，依次輸入不同的地震波，對模型邊坡進(jìn)行振動臺試驗。在試驗過程中，實時監(jiān)測模型邊坡的加速度、位移等響應(yīng)數(shù)據(jù)，并觀察記錄邊坡的變形、破壞現(xiàn)象。結(jié)果分析階段：對試驗采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和處理，繪制加速度時程曲線、位移時程曲線、加速度放大系數(shù)曲線等圖表，直觀展示邊坡的動力響應(yīng)特征。運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法、數(shù)值模擬方法等對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，研究各因素對邊坡動力響應(yīng)的影響規(guī)律，揭示邊坡的失穩(wěn)機(jī)制。根據(jù)邊坡的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制，建立邊坡穩(wěn)定性評價體系，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。成果應(yīng)用階段：將研究成果應(yīng)用于實際工程中的上硬下軟巖質(zhì)邊坡的抗震設(shè)計、加固處理和災(zāi)害防治等方面，為工程實踐提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。對研究成果進(jìn)行總結(jié)和歸納，撰寫學(xué)術(shù)論文和研究報告，推廣研究成果，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。二、相似理論與試驗設(shè)計2.1相似理論基礎(chǔ)2.1.1相似定理闡述相似理論是模型試驗的重要理論基礎(chǔ)，其核心內(nèi)容由相似第一定理、第二定理和第三定理構(gòu)成。這些定理為振動臺模型試驗提供了堅實的理論依據(jù)，確保試驗結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映原型的力學(xué)行為。相似第一定理，也被稱為相似正定理，它規(guī)定了現(xiàn)象相似的必要條件。該定理表明，如果兩個現(xiàn)象相似，那么描述這些現(xiàn)象的未知相對量都必須滿足相對型全同的完整方程組和單值相似條件。這意味著相似現(xiàn)象能為文字上完全相同的方程組所描述，用來表征這些現(xiàn)象的一切物理量在空間相對應(yīng)的各點(diǎn)和在時間上相對應(yīng)的瞬間各自互成一定的比例關(guān)系。以牛頓第二定律F=ma為例，對于原型和模型，若它們相似，則力F、質(zhì)量m和加速度a在對應(yīng)點(diǎn)和對應(yīng)時刻成比例，即力相似常數(shù)S_F=\frac{F_m}{F_p}、質(zhì)量相似常數(shù)S_m=\frac{m_m}{m_p}、加速度相似常數(shù)S_a=\frac{a_m}{a_p}，且滿足S_F=S_m\cdotS_a，這里的S_F、S_m、S_a就是相似常數(shù)，而由它們組成的無量綱量\frac{S_F}{S_m\cdotS_a}為相似指標(biāo)，相似系統(tǒng)的相似指標(biāo)等于1。相似第二定理，即\pi定理，它是相似理論的重要組成部分。該定理指出，任何一個物理過程，如果包含n個物理量，涉及k個基本量綱，那么這個物理過程可以由n-k個無量綱的相似準(zhǔn)數(shù)來描述。通過量綱分析的方法，可以將描述物理現(xiàn)象的方程轉(zhuǎn)化為無量綱形式，從而得到相似準(zhǔn)數(shù)。在振動臺模型試驗中，相似準(zhǔn)數(shù)是判斷模型與原型是否相似的關(guān)鍵依據(jù)，例如在研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡的振動問題時，通過對相關(guān)物理量進(jìn)行量綱分析，可以得到諸如慣性力與重力之比、粘性力與慣性力之比等相似準(zhǔn)數(shù)，這些準(zhǔn)數(shù)在模型和原型中應(yīng)保持相等。相似第三定理，也就是相似逆定理，它規(guī)定了現(xiàn)象相似的充分條件。該定理表明，如果描述現(xiàn)象的未知相對量滿足相對型全同的完整方程組和單值性相似條件，同時由定解條件的物理量所組成的相似準(zhǔn)數(shù)在數(shù)值上相等，那么這些現(xiàn)象就是相似現(xiàn)象。這意味著對于同一種類現(xiàn)象，只要滿足控制方程組形式相同、定解條件相似以及獨(dú)立相似準(zhǔn)數(shù)數(shù)值相等這三個條件，就可以保證模型與原型相似。在實際應(yīng)用中，這一定理為振動臺模型試驗的設(shè)計和實施提供了明確的指導(dǎo)，通過合理設(shè)置模型的幾何尺寸、材料參數(shù)、邊界條件和加載方式等，使模型與原型滿足相似條件，從而可以通過模型試驗來研究原型的力學(xué)行為。在振動臺模型試驗中，這些相似定理相互關(guān)聯(lián)、相互制約，共同確保了試驗的科學(xué)性和有效性。相似第一定理為試驗提供了基本的相似條件，相似第二定理為確定相似準(zhǔn)數(shù)提供了方法，相似第三定理則為試驗的可行性和可靠性提供了保障。只有充分理解和運(yùn)用這些相似定理，才能準(zhǔn)確地設(shè)計和實施振動臺模型試驗，獲得可靠的試驗結(jié)果。2.1.2相似準(zhǔn)則推導(dǎo)在上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗中，為了確保模型與原型的相似性，需要運(yùn)用量綱分析法來推導(dǎo)相似準(zhǔn)則，明確各物理量之間的相似關(guān)系。量綱分析法是一種基于物理量量綱之間關(guān)系的數(shù)學(xué)分析方法，通過將物理量表示為基本量綱（如長度L、質(zhì)量M、時間T等）的冪次乘積形式，利用量綱齊次性原理來確定相似準(zhǔn)數(shù)。在巖質(zhì)邊坡的振動問題中，涉及到多個物理量，如密度\rho、彈性模量E、泊松比\mu、加速度a、位移u、時間t、重力加速度g等。根據(jù)牛頓第二定律、胡克定律以及運(yùn)動學(xué)方程等基本物理定律，可以建立起描述邊坡力學(xué)行為的微分方程。以二維平面應(yīng)變問題為例，其平衡方程為：\frac{\partial\sigma_{xx}}{\partialx}+\frac{\partial\tau_{xy}}{\partialy}+\rhog_x=\rho\frac{\partial^2u_x}{\partialt^2}\frac{\partial\tau_{xy}}{\partialx}+\frac{\partial\sigma_{yy}}{\partialy}+\rhog_y=\rho\frac{\partial^2u_y}{\partialt^2}幾何方程為：\varepsilon_{xx}=\frac{\partialu_x}{\partialx}\varepsilon_{yy}=\frac{\partialu_y}{\partialy}\gamma_{xy}=\frac{\partialu_x}{\partialy}+\frac{\partialu_y}{\partialx}本構(gòu)方程為：\sigma_{xx}=\frac{E}{(1+\mu)(1-2\mu)}[(1-\mu)\varepsilon_{xx}+\mu\varepsilon_{yy}]\sigma_{yy}=\frac{E}{(1+\mu)(1-2\mu)}[(1-\mu)\varepsilon_{yy}+\mu\varepsilon_{xx}]\tau_{xy}=\frac{E}{2(1+\mu)}\gamma_{xy}其中，\sigma_{xx}、\sigma_{yy}為正應(yīng)力，\tau_{xy}為剪應(yīng)力，\varepsilon_{xx}、\varepsilon_{yy}為正應(yīng)變，\gamma_{xy}為剪應(yīng)變，u_x、u_y為位移分量，g_x、g_y為重力加速度分量。將上述方程中的物理量用量綱表示，如密度\rho的量綱為ML^{-3}，彈性模量E的量綱為ML^{-1}T^{-2}，加速度a的量綱為LT^{-2}等。然后，根據(jù)相似變換，設(shè)模型與原型中各物理量的相似常數(shù)分別為：長度相似常數(shù)S_L=\frac{L_m}{L_p}，質(zhì)量相似常數(shù)S_M=\frac{M_m}{M_p}，時間相似常數(shù)S_T=\frac{T_m}{T_p}，力相似常數(shù)S_F=\frac{F_m}{F_p}，應(yīng)力相似常數(shù)S_{\sigma}=\frac{\sigma_m}{\sigma_p}，應(yīng)變相似常數(shù)S_{\varepsilon}=\frac{\varepsilon_m}{\varepsilon_p}，彈性模量相似常數(shù)S_E=\frac{E_m}{E_p}，泊松比相似常數(shù)S_{\mu}=\frac{\mu_m}{\mu_p}等。將模型中的物理量用相似常數(shù)和原型中的物理量表示，代入上述微分方程，并利用量綱齊次性原理，消去方程中的物理量，得到無量綱形式的方程。經(jīng)過一系列推導(dǎo)，可以得到以下幾個重要的相似準(zhǔn)數(shù)：重力相似準(zhǔn)數(shù)（弗勞德數(shù)，）：Fr=\frac{v^2}{gL}，在模型和原型中應(yīng)相等，即\frac{S_v^2}{S_gS_L}=1，其中v為速度，g為重力加速度，L為特征長度。這表明模型和原型在重力作用下的動力學(xué)行為相似，速度與重力加速度和特征長度的關(guān)系保持一致。在巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗中，重力相似準(zhǔn)數(shù)確保了模型在自重作用下的變形和破壞模式與原型相似。彈性力相似準(zhǔn)數(shù)（柯西數(shù)，）：Ca=\frac{\sigma}{\rhov^2}，在模型和原型中相等，即\frac{S_{\sigma}}{S_{\rho}S_v^2}=1，其中\(zhòng)sigma為應(yīng)力，\rho為密度，v為速度。該相似準(zhǔn)數(shù)反映了彈性力與慣性力的相對關(guān)系，保證了模型和原型在彈性變形階段的力學(xué)行為相似。在研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡的彈性響應(yīng)時，柯西數(shù)起到了關(guān)鍵作用。慣性力相似準(zhǔn)數(shù)（牛頓數(shù)，）：Ne=\frac{F}{\rhoL^2v^2}，在模型和原型中相等，即\frac{S_F}{S_{\rho}S_L^2S_v^2}=1，其中F為作用力，\rho為密度，L為特征長度，v為速度。慣性力相似準(zhǔn)數(shù)體現(xiàn)了作用力與慣性力的比例關(guān)系，確保了模型在受到外部荷載作用時的動力響應(yīng)與原型相似。在振動臺試驗中，通過控制牛頓數(shù)，可以使模型準(zhǔn)確模擬原型在地震荷載下的慣性力作用。通過上述推導(dǎo)得到的相似準(zhǔn)數(shù)，明確了上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗中各物理量的相似關(guān)系。在試驗設(shè)計和實施過程中，只要保證模型與原型的相似準(zhǔn)數(shù)相等，就可以認(rèn)為模型能夠準(zhǔn)確模擬原型的力學(xué)行為，從而為研究邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制提供可靠的依據(jù)。二、相似理論與試驗設(shè)計2.2模型試驗設(shè)計2.2.1模型箱設(shè)計與制作模型箱作為承載邊坡模型的重要裝置，其設(shè)計與制作的合理性直接影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。為滿足上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗的需求，本研究設(shè)計并制作了一款特定的模型箱，該模型箱在尺寸、材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面均經(jīng)過精心考量。在尺寸方面，綜合考慮振動臺的承載能力、試驗場地空間以及相似比的要求，確定模型箱的內(nèi)部尺寸為長2.0m、寬1.5m、高1.8m。這樣的尺寸既能保證邊坡模型具有足夠的空間展現(xiàn)其變形和破壞特征，又能確保模型箱在振動過程中的穩(wěn)定性，避免因尺寸過大導(dǎo)致邊界效應(yīng)加劇或因尺寸過小而無法準(zhǔn)確模擬實際邊坡的力學(xué)行為。同時，模型箱的壁厚設(shè)計為0.15m，以保證模型箱具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受地震作用下的慣性力和變形。模型箱的材質(zhì)選擇至關(guān)重要，需具備高強(qiáng)度、良好的抗振性能和耐腐蝕性。經(jīng)過對比分析，選用Q345鋼板作為模型箱的主體材料。Q345鋼板具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，能夠在地震荷載作用下保持結(jié)構(gòu)的完整性，不易發(fā)生塑性變形和破壞。同時，其良好的抗振性能可以有效減少振動過程中的能量損耗，確保模型箱能夠準(zhǔn)確傳遞地震波的能量，使邊坡模型能夠真實地響應(yīng)地震作用。此外，Q345鋼板的耐腐蝕性強(qiáng)，能夠適應(yīng)實驗室環(huán)境，延長模型箱的使用壽命。模型箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用框架式結(jié)構(gòu)，由箱體框架和側(cè)板組成。箱體框架由槽鋼和角鋼焊接而成，形成一個堅固的骨架，為模型箱提供穩(wěn)定的支撐。槽鋼和角鋼的布置經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，確保在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，盡量減輕模型箱的自重。側(cè)板采用厚鋼板，與箱體框架通過高強(qiáng)度螺栓連接，便于安裝和拆卸。在模型箱的內(nèi)部，設(shè)置了多道加強(qiáng)筋，以增強(qiáng)模型箱的剛度和穩(wěn)定性。加強(qiáng)筋的布置根據(jù)力學(xué)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，主要分布在模型箱的受力較大部位，如箱體的四個角和側(cè)板的中部。通過設(shè)置加強(qiáng)筋，有效提高了模型箱在地震作用下的抗變形能力，減少了模型箱自身變形對試驗結(jié)果的影響。在制作過程中，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和尺寸精度。焊接工藝采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，確保焊縫的強(qiáng)度和密封性。焊接完成后，對焊縫進(jìn)行無損檢測，如超聲波探傷，以確保焊縫質(zhì)量符合要求。同時，對模型箱的尺寸進(jìn)行精確測量，保證各部分尺寸誤差控制在允許范圍內(nèi)。通過這些措施，制作出的模型箱滿足強(qiáng)度和剛度要求，為上硬下軟巖質(zhì)邊坡振動臺模型試驗的順利進(jìn)行提供了可靠保障。2.2.2邊界處理方法在振動臺模型試驗中，模型箱邊界對地震波的反射會產(chǎn)生邊界效應(yīng)，干擾邊坡模型的真實動力響應(yīng)，因此需對模型箱邊界進(jìn)行有效處理以減少這種影響。本試驗采用在模型箱內(nèi)壁鋪設(shè)柔性材料的方法，具體選用厚度為50mm的聚苯乙烯泡沫板和厚度為30mm的橡膠墊組合使用。聚苯乙烯泡沫板具有質(zhì)輕、吸能性好的特點(diǎn)，能夠有效吸收地震波的能量，減少波的反射。將其鋪設(shè)在模型箱內(nèi)壁的最外層，與邊坡模型直接接觸。橡膠墊則具有良好的柔韌性和阻尼特性，能進(jìn)一步消耗地震波的能量，且能起到緩沖作用，防止聚苯乙烯泡沫板與模型箱壁直接碰撞而損壞。將橡膠墊鋪設(shè)在聚苯乙烯泡沫板與模型箱壁之間。在鋪設(shè)過程中，確保兩種材料緊密貼合，無間隙存在，以保證邊界處理效果。為了驗證邊界處理方法的有效性，進(jìn)行了對比試驗。在相同的地震波輸入條件下，分別對未進(jìn)行邊界處理的模型箱和經(jīng)過邊界處理的模型箱進(jìn)行振動試驗，監(jiān)測模型箱內(nèi)不同位置的加速度響應(yīng)。試驗結(jié)果表明，未進(jìn)行邊界處理的模型箱在邊界附近的加速度響應(yīng)明顯高于內(nèi)部區(qū)域，存在顯著的邊界效應(yīng)。而經(jīng)過邊界處理的模型箱，邊界附近的加速度響應(yīng)與內(nèi)部區(qū)域基本一致，有效減少了邊界效應(yīng)的影響。通過這種邊界處理方法，能夠更準(zhǔn)確地模擬實際工程中邊坡的受力狀態(tài)，為獲取可靠的試驗數(shù)據(jù)提供了保障。2.2.3傳感器布設(shè)方案傳感器的合理布設(shè)是獲取準(zhǔn)確試驗數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，其布設(shè)方案需依據(jù)一定的原則和依據(jù)制定。在本試驗中，傳感器的布設(shè)遵循以下原則：全面性原則，確保能夠獲取邊坡模型各個關(guān)鍵部位的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)；代表性原則，選擇能代表邊坡整體特性的位置進(jìn)行布設(shè)；有效性原則，保證傳感器能夠準(zhǔn)確、可靠地測量所需物理量。根據(jù)上述原則，在邊坡模型上布設(shè)了加速度傳感器和位移傳感器。加速度傳感器選用壓電式加速度傳感器，具有靈敏度高、頻率響應(yīng)寬等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測量地震作用下邊坡模型的加速度響應(yīng)。在邊坡模型的坡頂、坡肩、坡面中部、坡腳以及軟硬巖交界面等關(guān)鍵位置共布設(shè)15個加速度傳感器。其中，在坡頂和坡肩各布設(shè)3個，以監(jiān)測邊坡頂部在地震作用下的加速度放大效應(yīng)；在坡面中部沿高度方向均勻布設(shè)5個，用于分析坡面加速度的分布規(guī)律；在坡腳布設(shè)2個，以獲取坡腳處的加速度響應(yīng)；在軟硬巖交界面布設(shè)2個，重點(diǎn)研究交界面處的加速度變化特征。位移傳感器采用激光位移傳感器，具有非接觸式測量、精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。在邊坡模型的坡頂、坡腳和坡面中部等位置共布設(shè)8個位移傳感器。在坡頂和坡腳各布設(shè)3個，用于測量邊坡頂部和底部的水平和豎向位移；在坡面中部布設(shè)2個，監(jiān)測坡面的位移變化情況。通過這樣的傳感器布設(shè)方案，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型在地震作用下的加速度和位移響應(yīng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的動力響應(yīng)特征分析和失穩(wěn)機(jī)制研究提供豐富的數(shù)據(jù)支持。在試驗前，對所有傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測量精度和可靠性。在試驗過程中，實時監(jiān)測傳感器的工作狀態(tài)，及時處理數(shù)據(jù)異常情況，保證試驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量。2.2.4模型建造過程上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型的建造采用現(xiàn)場澆筑的方式，以確保模型的整體性和相似性。在材料選用上，上部硬巖相似材料選用重晶石粉、石英砂、水泥和石膏按照一定比例配制而成。通過大量試驗，確定其最佳配比為5:3:1:0.5。這種配比制成的相似材料，其密度、彈性模量、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能與實際硬巖相似，能夠滿足試驗要求。下部軟巖相似材料選用膨潤土、石英砂、水泥和水按照4:3:1:2的比例配制。該配比的軟巖相似材料具有較低的強(qiáng)度和較高的壓縮性，與實際軟巖特性相符。模型建造時，首先在模型箱底部鋪設(shè)一層厚度為0.2m的砂墊層，對其進(jìn)行壓實處理，以保證模型底部的平整度和穩(wěn)定性。然后，按照設(shè)計的軟巖厚度，將配制好的軟巖相似材料分層澆筑在砂墊層上，每層厚度控制在0.2m左右。在澆筑過程中，使用小型振搗器對每層軟巖材料進(jìn)行振搗，確保其密實度。每澆筑完一層，等待其初凝后再進(jìn)行下一層的澆筑。當(dāng)軟巖部分澆筑完成后，對軟巖表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，使其符合設(shè)計的坡度要求。接著進(jìn)行硬巖部分的澆筑。根據(jù)設(shè)計的硬巖厚度和邊坡形狀，搭建模板。將配制好的硬巖相似材料倒入模板內(nèi)，同樣分層澆筑，每層厚度控制在0.3m左右。在澆筑過程中，加強(qiáng)振搗，確保硬巖材料的密實性。澆筑完成后，對硬巖表面進(jìn)行抹平和修整，使其與實際邊坡的表面特征相似。在模型建造完成后，對模型進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時間根據(jù)相似材料的特性確定，一般為7-10天。在養(yǎng)護(hù)期間，保持模型表面濕潤，避免其干燥收縮產(chǎn)生裂縫。通過以上嚴(yán)格的模型建造過程，成功構(gòu)建出符合試驗要求的上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型，為振動臺試驗的順利開展奠定了基礎(chǔ)。2.3試驗加載方案2.3.1地震波選取在地震工程領(lǐng)域，地震波的選取對于準(zhǔn)確模擬地震作用、揭示工程結(jié)構(gòu)在地震下的響應(yīng)特征至關(guān)重要。地震波作為地震能量的載體，其特性直接影響著結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。不同類型的地震波，如天然地震波和人工合成波，具有各自獨(dú)特的頻譜特性、幅值和持續(xù)時間，這些特性決定了地震波對結(jié)構(gòu)的作用效果。天然地震波記錄了真實地震過程中的地面運(yùn)動情況，包含了豐富的地震信息，能更真實地反映地震的復(fù)雜性和不確定性。常見的天然地震波有Wolong波、Kobe波、El-Centro波等。其中，Wolong波是在2008年汶川地震中臥龍臺站記錄到的地震波，該地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地震波傳播路徑上存在多種地質(zhì)構(gòu)造，使得Wolong波具有復(fù)雜的頻譜成分和較高的能量。Kobe波則是1995年日本阪神地震中神戶市記錄到的地震波，此次地震震級高，對城市造成了巨大破壞，Kobe波的卓越周期明顯，在特定頻段內(nèi)能量集中。在本試驗中，綜合考慮試驗場地的地質(zhì)條件和試驗?zāi)康?，選取了Wolong波和Kobe波作為輸入地震波。試驗場地位于山區(qū)，地質(zhì)條件與汶川地震和阪神地震發(fā)生區(qū)域有一定相似性，存在上硬下軟的地層結(jié)構(gòu)，這使得Wolong波和Kobe波能夠較好地模擬試驗場地的地震響應(yīng)。同時，研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡在不同頻譜特性和幅值的地震波作用下的動力響應(yīng)特征，對于揭示邊坡的失穩(wěn)機(jī)制具有重要意義。Wolong波的復(fù)雜頻譜和高能量，可以模擬強(qiáng)烈地震作用下邊坡的響應(yīng)；Kobe波的卓越周期明顯，能研究特定頻段地震波對邊坡的影響。除了天然地震波，人工合成波也是常用的地震波類型。人工合成波是根據(jù)地震動參數(shù)和頻譜特性，通過數(shù)學(xué)方法合成的地震波。它可以根據(jù)試驗需求，精確控制地震波的各種參數(shù)，如幅值、頻率、持時等。在一些對地震波參數(shù)有特定要求的試驗中，人工合成波具有優(yōu)勢。然而，人工合成波缺乏真實地震波的復(fù)雜性和隨機(jī)性，在模擬真實地震作用時存在一定局限性。為了確保選取的地震波滿足試驗要求，需要對其進(jìn)行篩選和驗證。首先，根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)的規(guī)定，選取的地震波應(yīng)滿足頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間的要求。頻譜特性通過地震影響系數(shù)曲線來表征，根據(jù)試驗場地的場地類別和設(shè)計地震分組確定。有效峰值應(yīng)符合規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值，持續(xù)時間一般取結(jié)構(gòu)基本周期的5-10倍。其次，利用專業(yè)的地震波分析軟件，如SeismoSignal等，對選取的地震波進(jìn)行分析，繪制加速度時程曲線、速度時程曲線、位移時程曲線以及反應(yīng)譜曲線。通過對比分析這些曲線，評估地震波的特性是否符合試驗要求。例如，對比不同地震波的反應(yīng)譜曲線，確保其在主要頻率范圍內(nèi)與試驗場地的設(shè)計反應(yīng)譜相匹配。2.3.2加載制度確定加載制度是振動臺模型試驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它規(guī)定了地震波的輸入方式和參數(shù)變化規(guī)律，直接影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在確定加載制度時，需綜合考慮地震波類型、幅值、頻率、持時等因素，以及模型邊坡的特點(diǎn)和試驗?zāi)康?。本試驗的加載制度采用分級加載的方式，逐步增加地震波的幅值，以模擬不同強(qiáng)度的地震作用。具體加載方案如下：首先輸入幅值為0.05g的Wolong波，進(jìn)行初次加載，持時為10s。這一較小幅值的加載作為初始工況，用于獲取模型邊坡在低強(qiáng)度地震作用下的初始響應(yīng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析提供基礎(chǔ)。接著，依次輸入幅值為0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的Wolong波，每次加載持時均為10s。隨著幅值的逐漸增大，觀察模型邊坡的動力響應(yīng)變化，研究其在不同強(qiáng)度地震作用下的加速度、位移等響應(yīng)規(guī)律。在完成Wolong波的加載后，切換為Kobe波進(jìn)行加載。同樣按照幅值從小到大的順序，依次輸入幅值為0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的Kobe波，持時均為10s。通過對比Wolong波和Kobe波作用下模型邊坡的響應(yīng)，分析不同頻譜特性的地震波對邊坡動力響應(yīng)的影響。在加載過程中，頻率的變化也是加載制度的重要組成部分。地震波的頻率成分復(fù)雜，不同頻率的地震波對邊坡的作用效果不同。高頻地震波主要影響邊坡的淺層部位，容易引起坡面的局部破壞；低頻地震波則能穿透更深的地層，對邊坡的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。為了研究頻率對邊坡動力響應(yīng)的影響，在加載過程中，利用信號處理技術(shù)對輸入的地震波進(jìn)行濾波處理，提取不同頻率段的地震波分量。例如，分別提取0-5Hz、5-10Hz、10-20Hz等頻率段的地震波，按照上述加載幅值和持時進(jìn)行加載，分析邊坡在不同頻率段地震波作用下的響應(yīng)特征。持時的設(shè)置也需要謹(jǐn)慎考慮。持時過短可能無法充分激發(fā)邊坡的動力響應(yīng)，導(dǎo)致試驗結(jié)果不完整；持時過長則可能使模型邊坡過度破壞，影響試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)相關(guān)研究和工程經(jīng)驗，本試驗中地震波的持時設(shè)置為10s，既能保證邊坡在地震作用下充分響應(yīng)，又能避免過度破壞。同時，在試驗過程中，實時監(jiān)測模型邊坡的響應(yīng)情況，如發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)明顯的破壞跡象或響應(yīng)異常，及時調(diào)整加載制度，確保試驗的順利進(jìn)行。此外，為了減少試驗誤差，每個加載工況重復(fù)進(jìn)行3次。通過多次重復(fù)加載，取平均值作為該工況下的試驗數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。在每次加載之間，設(shè)置一定的時間間隔，使模型邊坡恢復(fù)到初始狀態(tài)，避免前一次加載對后一次加載產(chǎn)生影響。通過合理設(shè)計加載制度，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取上硬下軟巖質(zhì)邊坡在不同地震波作用下的動力響應(yīng)數(shù)據(jù)，為深入研究邊坡的失穩(wěn)機(jī)制和穩(wěn)定性評價提供有力支持。三、試驗過程與數(shù)據(jù)采集3.1振動臺試驗設(shè)備與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本次試驗選用的是MTS公司生產(chǎn)的電液伺服振動臺，該振動臺具備卓越的性能和先進(jìn)的技術(shù)參數(shù)，能夠精準(zhǔn)模擬各種復(fù)雜的地震工況，為試驗提供可靠的動力加載。其臺面尺寸為3.0m×3.0m，足以承載本次試驗的上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型，確保模型在振動過程中能夠充分展現(xiàn)其動力響應(yīng)特性。最大承載能力達(dá)50t，這使得振動臺能夠穩(wěn)定地施加各種不同量級的荷載，滿足試驗對加載力的要求。頻率范圍為0.1Hz-100Hz，能夠覆蓋地震波的主要頻率成分，從低頻的長周期地震波到高頻的短周期地震波，都能通過該振動臺進(jìn)行有效模擬。最大位移可達(dá)±250mm，最大加速度為2g，這些參數(shù)保證了振動臺能夠產(chǎn)生足夠的振動幅度和加速度，以激發(fā)邊坡模型在不同地震強(qiáng)度下的響應(yīng)。該振動臺采用先進(jìn)的電液伺服控制技術(shù)，通過計算機(jī)精確控制伺服閥的開度，實現(xiàn)對振動臺運(yùn)動的高精度控制。在試驗過程中，能夠快速、準(zhǔn)確地跟蹤輸入的地震波信號，保證振動臺的輸出與預(yù)設(shè)的地震波參數(shù)高度吻合。同時，振動臺配備了高精度的位移傳感器、加速度傳感器和力傳感器，實時監(jiān)測振動臺的運(yùn)動狀態(tài)和加載力，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保試驗過程的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)振動臺的實際輸出與設(shè)定值出現(xiàn)偏差時，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)傳感器反饋的信息，及時調(diào)整伺服閥的開度，使振動臺恢復(fù)到預(yù)定的運(yùn)動狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是試驗中獲取數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，它由傳感器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)組成，各部分協(xié)同工作，確保能夠準(zhǔn)確、完整地采集試驗數(shù)據(jù)。傳感器作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端設(shè)備，直接與邊坡模型接觸，感知模型在地震作用下的各種物理量變化。在本次試驗中，選用了高精度的壓電式加速度傳感器和激光位移傳感器。壓電式加速度傳感器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)寬的特點(diǎn)，能夠快速、準(zhǔn)確地測量模型的加速度響應(yīng)。其測量精度可達(dá)±0.001g，頻率響應(yīng)范圍為0.5Hz-500Hz，能夠滿足試驗對加速度測量的高精度和寬頻帶要求。激光位移傳感器則采用非接觸式測量原理，具有精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，能夠精確測量模型的位移變化。其測量精度可達(dá)±0.01mm，測量范圍為0-500mm，能夠?qū)崟r監(jiān)測模型在地震作用下的位移響應(yīng)。信號調(diào)理器的作用是對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大、濾波、降噪等處理，將微弱的電信號轉(zhuǎn)換為適合數(shù)據(jù)采集卡輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號。信號調(diào)理器采用先進(jìn)的模擬電路技術(shù)，能夠有效去除信號中的噪聲和干擾，提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性。通過放大電路，將傳感器輸出的微弱信號放大到數(shù)據(jù)采集卡能夠識別的范圍；通過濾波電路，去除信號中的高頻噪聲和低頻干擾，使信號更加純凈。數(shù)據(jù)采集卡是連接信號調(diào)理器和計算機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，它將調(diào)理后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)進(jìn)行存儲和處理。本次試驗選用的是NI公司的高速數(shù)據(jù)采集卡，該采集卡具有多通道、高速采樣的特點(diǎn)。其采樣頻率最高可達(dá)100kHz，能夠滿足試驗對數(shù)據(jù)采集速度的要求。同時，采集卡具備16位的分辨率，能夠精確地量化模擬信號，提高數(shù)據(jù)的精度。采集卡通過PCI總線與計算機(jī)相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和實時處理。計算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，運(yùn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件，負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)采集過程、存儲和分析采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集軟件具有友好的用戶界面，操作人員可以通過軟件設(shè)置采集參數(shù)，如采樣頻率、采集時間、觸發(fā)條件等。在試驗過程中，軟件實時顯示傳感器采集到的數(shù)據(jù)曲線，方便操作人員監(jiān)控試驗進(jìn)展。試驗結(jié)束后，軟件能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行各種分析處理，如時域分析、頻域分析、統(tǒng)計分析等，為研究上硬下軟巖質(zhì)邊坡的動力響應(yīng)特征和失穩(wěn)機(jī)制提供數(shù)據(jù)支持。3.2振動臺模型試驗過程3.2.1模型安裝與調(diào)試在振動臺模型試驗的準(zhǔn)備階段，模型安裝與調(diào)試是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到試驗的順利進(jìn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在完成模型建造和振動臺設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作后，首先進(jìn)行模型的安裝。使用專業(yè)的吊裝設(shè)備，如龍門吊，將建造好的上硬下軟巖質(zhì)邊坡模型平穩(wěn)地吊運(yùn)至振動臺臺面的中心位置。在吊運(yùn)過程中，嚴(yán)格控制吊裝速度和方向，避免模型與周圍設(shè)備發(fā)生碰撞，確保模型的完整性。模型放置在振動臺臺面后，采用高強(qiáng)螺栓和壓板將模型與振動臺臺面進(jìn)行牢固連接。高強(qiáng)螺栓的規(guī)格和數(shù)量根據(jù)模型的尺寸和重量進(jìn)行選擇，確保連接的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。壓板的材質(zhì)選用高強(qiáng)度鋼材，其形狀和尺寸與模型底部相匹配，能夠均勻地傳遞壓力，使模型在振動過程中與振動臺臺面保持緊密接觸，防止出現(xiàn)相對位移。同時，在模型與振動臺臺面之間鋪設(shè)一層厚度為5mm的橡膠墊，以起到緩沖和減震的作用，減少振動臺臺面的振動對模型的影響。完成模型安裝后，對傳感器進(jìn)行安裝和連接。根據(jù)預(yù)先設(shè)計的傳感器布設(shè)方案，將加速度傳感器和位移傳感器準(zhǔn)確地安裝在邊坡模型的預(yù)定位置。加速度傳感器采用磁吸式安裝方式，利用其自帶的磁鐵吸附在模型表面，確保安裝牢固且接觸良好。位移傳感器則通過支架和連接件固定在模型上，保證其測量方向與模型的位移方向一致。在安裝過程中，仔細(xì)檢查傳感器的安裝位置和角度，確保其能夠準(zhǔn)確地測量模型的響應(yīng)數(shù)據(jù)。同時，使用專用的電纜將傳感器與信號調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行連接，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。電纜的鋪設(shè)要整齊有序，避免出現(xiàn)纏繞和擠壓現(xiàn)象，防止信號干擾和傳輸中斷。在傳感器安裝完成后，對整個測試系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先，使用校準(zhǔn)設(shè)備對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其測量精度和靈敏度符合要求。校準(zhǔn)設(shè)備采用高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器和校準(zhǔn)儀，能夠產(chǎn)生精確的加速度和位移信號，用于對傳感器進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)。通過校準(zhǔn)，獲取傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)，將其輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，以便對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和補(bǔ)償。然后，啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對傳感器的輸出信號進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。檢查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率、觸發(fā)條件和數(shù)據(jù)存儲功能是否正常，確保能夠準(zhǔn)確地采集和存儲試驗數(shù)據(jù)。在監(jiān)測過程中，對傳感器的輸出信號進(jìn)行初步分析，判斷其是否存在異常波動或噪聲干擾。如果發(fā)現(xiàn)問題，及時檢查傳感器的安裝和連接情況，排除故障，確保測試系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，還需要對振動臺的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。設(shè)置振動臺的初始參數(shù)，如振動方向、頻率范圍、加速度幅值等。通過控制系統(tǒng)的操作界面，輸入預(yù)設(shè)的參數(shù)值，并進(jìn)行驗證和確認(rèn)。然后，進(jìn)行空載試運(yùn)行，讓振動臺按照預(yù)設(shè)的參數(shù)運(yùn)行一段時間，檢查振動臺的運(yùn)行狀態(tài)是否平穩(wěn)，有無異常噪聲或振動。在試運(yùn)行過程中，實時監(jiān)測振動臺的加速度、位移等參數(shù)，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比，確保振動臺的輸出符合要求。如果發(fā)現(xiàn)振動臺的運(yùn)行參數(shù)與預(yù)設(shè)值存在偏差，及時調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)，使振動臺達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。3.2.2振動加載過程在完成模型安裝與調(diào)試后，正式進(jìn)入振動加載過程。振動加載是振動臺模型試驗的核心環(huán)節(jié)，通過對模型施加不同類型和強(qiáng)度的地震波，模擬實際地震作用下邊坡的動力響應(yīng)。按照預(yù)先確定的加載制度，首先進(jìn)行幅值為0.05g的Wolong波加載。將Wolong波的加速度時程數(shù)據(jù)輸入到振動臺的控制系統(tǒng)中，設(shè)置加載持時為10s。在加載前，再次檢查模型、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的狀態(tài)，確保一切正常。啟動振動臺，開始加載。在加載過程中，實時監(jiān)測模型的響應(yīng)情況，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取模型不同位置的加速度和位移數(shù)據(jù)。密切關(guān)注加速度時程曲線和位移時程曲線的變化，觀察模型是否出現(xiàn)異常變形或破壞跡象。同時，注意振動臺的運(yùn)行狀態(tài)，確保其按照預(yù)設(shè)的參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行。如果在加載過程中發(fā)現(xiàn)模型出現(xiàn)明顯的破壞或異常情況，如模型局部坍塌、傳感器數(shù)據(jù)異常波動等，立即停止加載，對模型和測試系統(tǒng)進(jìn)行檢查和分析，找出問題原因并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。完成幅值為0.05g的Wolong波加載后，按照加載制度依次進(jìn)行幅值為0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的Wolong波加載。每次加載之間，設(shè)置一定的時間間隔，讓模型恢復(fù)到初始狀態(tài)，避免前一次加載對后一次加載產(chǎn)生影響。在每次加載過程中，都要嚴(yán)格控制加載參數(shù)，確保加載的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。同時，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，對比不同幅值加載下模型的響應(yīng)特征，初步了解模型在不同地震強(qiáng)度下的動力響應(yīng)規(guī)律。在完成Wolong波的加載后，切換為Kobe波進(jìn)行加載。同樣按照幅值從小到大的順序，依次輸入幅值為0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g的Kobe波，持時均為10s。在切換地震波類型時，需要對振動臺的控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和調(diào)整，確保地震波的準(zhǔn)確輸入。在Kobe波加載過程中，繼續(xù)實時監(jiān)測模型的響應(yīng)數(shù)據(jù)，分析Kobe波與Wolong波作用下模型動力響應(yīng)的差異，研究不同頻譜特性的地震波對邊坡動力響應(yīng)的影響。在整個振動加載過程中，為了減少試驗誤差，每個加載工況重復(fù)進(jìn)行3次。通過多次重復(fù)加載，取平均值作為該工況下的試驗數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。同時，在每次加載過程中，詳細(xì)記錄試驗過程中的各種信息，包括加載時間、加載參數(shù)、模型的響應(yīng)情況等，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供全面的資料。3.3數(shù)據(jù)采集與整理在振動臺模型試驗過程中，數(shù)據(jù)采集是獲取邊坡動力響應(yīng)信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本試驗通過精心布置的傳感器，借助先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對邊坡模型在地震作用下的加速度、位移等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時、準(zhǔn)確的采集。加速度數(shù)據(jù)采集主要依靠布置在邊坡模型不同位置的15個壓電式加速度傳感器。這些傳感器將感受到的加速度信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過專用電纜傳輸至信號調(diào)理器。信號調(diào)理器對傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波處理，去除信號中的噪聲和干擾，將其轉(zhuǎn)換為適合數(shù)據(jù)采集卡輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的高速數(shù)據(jù)采集卡，以100kHz的采樣頻率對調(diào)理后的信號進(jìn)行采集，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過PCI總線傳輸至計算機(jī)。在計算機(jī)中，運(yùn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件，對采集到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。軟件能夠以圖表的形式直觀地展示加速度時程曲線，方便操作人員隨時觀察加速度的變化情況。位移數(shù)據(jù)采集則由8個激光位移傳感器完成。激光位移傳感器利用激光測距原理，通過測量激光從發(fā)射到接收的時間差來計算傳感器與邊坡模型表面之間的距離變化，從而得到位移數(shù)據(jù)。傳感器將測量到的位移信號轉(zhuǎn)換為電信號，同樣經(jīng)過信號調(diào)理器的處理后，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集軟件對位移數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，生成位移時程曲線，清晰地呈現(xiàn)出邊坡模型在地震作用下的位移隨時間的變化趨勢。采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行整理和初步處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)的分析提供良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)定變換，對于加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，由于傳感器輸出的電信號與實際加速度之間存在一定的比例關(guān)系，通過乘以傳感器的標(biāo)定系數(shù)，將采集到的數(shù)字電壓值或整形數(shù)字量轉(zhuǎn)換為具有實際物理單位的加速度數(shù)據(jù)。對于位移傳感器采集的數(shù)據(jù)，同樣根據(jù)傳感器的標(biāo)定參數(shù)，將測量信號轉(zhuǎn)換為實際位移值。然后，進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。由于傳感器在安裝和使用過程中可能存在零點(diǎn)漂移的情況，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)存在一定的偏差。通過在試驗前對傳感器進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)，記錄零點(diǎn)偏移量，在數(shù)據(jù)處理時對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，消除零點(diǎn)漂移的影響。峰值調(diào)整也是數(shù)據(jù)處理的重要步驟。由于試驗?zāi)Ｐ团c振動臺臺面組成的動力系統(tǒng)本身存在非線性，實際加載的峰值加速度與試驗設(shè)定值之間可能存在1%-5%的誤差。為了使不同工況下的數(shù)據(jù)具有可比性，計算峰值調(diào)整系數(shù)（期望PGA值/實測PGA值），對所有通道采集到的加速度和位移數(shù)據(jù)均乘以該峰值調(diào)整系數(shù)。此外，試驗采集到的振動信號數(shù)據(jù)可能含有趨勢項，這會對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生較大誤差。采用多項式擬合法和高通濾波法相結(jié)合的方式來消除趨勢項。利用MATLAB軟件中的polyfit函數(shù)和polyval函數(shù)進(jìn)行多項式擬合，根據(jù)信號數(shù)據(jù)的曲線特征，選擇合適的擬合階數(shù)，對信號中的趨勢項進(jìn)行擬合和去除。同時，通過設(shè)置合適的高通濾波器截止頻率，對信號進(jìn)行高通濾波處理，進(jìn)一步消除低頻趨勢項的影響。經(jīng)過上述處理后的數(shù)據(jù)，能夠更真實地反映上硬下軟巖質(zhì)邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)情況。四、試驗結(jié)果分析4.1加速度動力響應(yīng)分析4.1.1水平向加速度響應(yīng)規(guī)律在地震作用下，上硬下軟巖質(zhì)邊坡的水平向加速度響應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。通過對試驗數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)水平向加速度沿邊坡高度的變化趨勢具有顯著特征。以Wolong波作用下的試驗結(jié)果為例，在坡底位置，水平向加速度相對較小，隨著邊坡高度的增加，加速度逐漸增大。當(dāng)?shù)竭_(dá)坡頂時，加速度達(dá)到最大值，出現(xiàn)明顯的放大效應(yīng)。在幅值為0.2g的Wolong波作用下，坡底水平向加速度峰值為0.18g，而坡頂加速度峰值達(dá)到0.45g，坡頂加速度放大倍數(shù)約為2.5。這種坡頂加速度放大效應(yīng)是由于地震波在傳播過程中，邊坡上部的質(zhì)量相對較小，慣性力也較小，而下部質(zhì)量較大，慣性力較大，導(dǎo)致地震波在向上傳播時，能量逐漸集中在坡頂，從而使坡頂加速度增大。不同幅值的地震波作用下，水平向加速度響應(yīng)也有所不同。隨著地震波幅值的增大，邊坡各部位的水平向加速度均顯著增大，且加速度放大倍數(shù)也有一定變化。在幅值為0.1g的Wolong波作用下，坡頂加速度放大倍數(shù)為2.2；當(dāng)幅值增大到0.4g時，坡頂加速度放大倍數(shù)變?yōu)?.8。這表明地震波幅值的增加，不僅使邊坡各部位的加速度響應(yīng)增強(qiáng)，還在一定程度上改變了加速度的放大規(guī)律，可能是由于隨著幅值增大，邊坡的非線性響應(yīng)更加明顯，導(dǎo)致加速度放大倍數(shù)發(fā)生變化。此外，邊坡的水平向加速度響應(yīng)還與地震波的頻譜特性密切相關(guān)。Kobe波與Wolong波相比，具有不同的頻譜成分，其卓越周期明顯，在特定頻段內(nèi)能量集中。在Kobe波作用下，邊坡的水平向加速度響應(yīng)規(guī)律與Wolong波有所差異。在相同幅值下，Kobe波作用時坡頂?shù)募铀俣确糯蟊稊?shù)相對較小，但在坡面中部某些位置，加速度放大倍數(shù)可能會超過Wolong波作用時的情況。這是因為Kobe波的頻譜特性使得其與邊坡的固有頻率在坡面中部某些位置產(chǎn)生更強(qiáng)烈的共振效應(yīng)，從而導(dǎo)致這些位置的加速度放大倍數(shù)增大。4.1.2豎直向加速度響應(yīng)規(guī)律上硬下軟巖質(zhì)邊坡的豎直向加速度響應(yīng)在不同工況下也表現(xiàn)出獨(dú)特的規(guī)律，與水平向加速度響應(yīng)存在一定的差異。在豎直向加速度沿邊坡高度的變化方面，整體呈現(xiàn)出隨高度增加而增大的趨勢，但增長趨勢相對較為平緩。在坡底位置，豎直向加速度較小，隨著高度上升，加速度逐漸增大，但增幅不如水平向明顯。以幅值為0.3g的Wolong波作用為例，坡底豎直向加速度峰值為0.15g，坡頂豎直向加速度峰值為0.25g，坡頂加速度放大倍數(shù)約為1.67。這是因為在地震作用下，豎直向的地震力主要引起邊坡的豎向壓縮和拉伸變形，而邊坡的豎向剛度相對較大，限制了豎直向加速度的增長。與水平向加速度響應(yīng)相比，豎直向加速度的放大倍數(shù)在整體上較小。在各種地震波幅值和類型作用下，豎直向加速度放大倍數(shù)大多在1.5-2.0之間，而水平向加速度放大倍數(shù)通常在2.0-3.0之間。這表明地震作用下，水平向?qū)吰碌挠绊懜鼮轱@著，更容易引起邊坡的變形和破壞。這是由于水平向地震力更容易使邊坡產(chǎn)生水平位移和滑動，而豎直向地震力主要影響邊坡的豎向變形，對邊坡整體穩(wěn)定性的影響相對較小。不同地震波類型對豎直向加速度響應(yīng)也有影響。在Kobe波作用下，豎直向加速度的變化規(guī)律與Wolong波類似，但在某些部位的加速度幅值和放大倍數(shù)存在差異。由于Kobe波的頻譜特性，其在豎直方向上的能量分布與Wolong波不同，導(dǎo)致邊坡在豎直向的加速度響應(yīng)有所不同。在某些頻段，Kobe波可能會使邊坡特定位置的豎直向加速度增大，而在其他頻段則可能使加速度減小。4.1.3加速度響應(yīng)影響因素地震波類型、幅值、頻譜、激振方向等因素對加速度響應(yīng)有著顯著的影響，其影響程度和作用機(jī)制復(fù)雜多樣。地震波類型是影響加速度響應(yīng)的重要因素之一。不同類型的地震波，如天然地震波（Wolong波、Kobe波）和人工合成波，由于其產(chǎn)生的地質(zhì)背景和傳播路徑不同，具有不同的頻譜特性和幅值分布。這些差異導(dǎo)致它們對邊坡的作用效果不同，從而使邊坡的加速度響應(yīng)存在明顯差異。Wolong波具有復(fù)雜的頻譜成分和較高的能量，能夠激發(fā)邊坡在較寬頻率范圍內(nèi)的響應(yīng)，使邊坡各部位的加速度響應(yīng)較為復(fù)雜。而Kobe波卓越周期明顯，在特定頻段內(nèi)能量集中，容易與邊坡的固有頻率在某些位置產(chǎn)生共振，導(dǎo)致這些位置的加速度放大倍數(shù)增大。幅值的變化直接影響加速度響應(yīng)的大小。隨著地震波幅值的增大，邊坡各部位的加速度響應(yīng)顯著增強(qiáng)。這是因為幅值越大，地震波攜帶的能量越多，傳遞給邊坡的動力荷載也就越大，從而使邊坡的加速度響應(yīng)增大。幅值的變化還可能改變加速度的放大倍數(shù)和分布規(guī)律，如前文所述，隨著幅值增大，水平向加速度放大倍數(shù)在一定程度上有所增加，且邊坡的非線性響應(yīng)更加明顯。地震波的頻譜特性對加速度響應(yīng)起著關(guān)鍵作用。頻譜反映了地震波中不同頻率成分的能量分布情況。當(dāng)?shù)卣鸩ǖ哪承╊l率成分與邊坡的固有頻率接近或相等時，會發(fā)生共振現(xiàn)象，導(dǎo)致邊坡在這些頻率對應(yīng)的位置產(chǎn)生強(qiáng)烈的加速度響應(yīng)，加速度放大倍數(shù)顯著增大。對于上硬下軟巖質(zhì)邊坡，由于其特殊的巖體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，具有特定的固有頻率。不同頻段的地震波與邊坡固有頻率的匹配程度不同，從而使邊坡在不同位置的加速度響應(yīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。激振方向?qū)铀俣软憫?yīng)的影響也不容忽視。水平向激振和豎直向激振時，邊坡的加速度響應(yīng)在大小、分布和變化規(guī)律上都存在明顯差異。水平向激振時，邊坡更容易產(chǎn)生水平位移和滑動，加速度響應(yīng)在水平方向上較為顯著，坡頂?shù)募铀俣确糯笮?yīng)明顯。而豎直向激振時，主要引起邊坡的豎向壓縮和拉伸變形，加速度響應(yīng)在豎直方向上相對較小，放大倍數(shù)也較小。在實際地震中，地震波往往是多方向傳播的，不同方向的激振力相互作用，使邊坡的加速度響應(yīng)更加復(fù)雜。綜上所述，地震波類型、幅值、頻譜、激振方向等因素相互作用，共同影響上硬下軟巖質(zhì)邊坡的加速度響應(yīng)。深入研究這些因素的影響程度和作用機(jī)制，對于準(zhǔn)確理解邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)特性，揭示邊坡的失穩(wěn)機(jī)制具有重要意義。4.2位移響應(yīng)分析4.2.1水平向位移響應(yīng)規(guī)律在地震作用下，上硬下軟巖質(zhì)邊坡的水平向位移響應(yīng)呈現(xiàn)出獨(dú)特的變化規(guī)律。通過對試驗數(shù)據(jù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)水平向位移隨地震波幅值的增加而顯著增大。在幅值為0.1g的Wolong波作用下，坡頂水平向位移峰值為25mm；當(dāng)幅值增大到0.4g時，坡頂水平向位移峰值達(dá)到80mm。這表明地震波幅值越大，邊坡所受到的水平向地震力越大，從而導(dǎo)致水平向位移增大。水平向位移沿邊坡高度的分布也具有明顯特征。從坡底到坡頂，水平向位移逐漸增大，坡頂處的水平向位移明顯大于坡底和坡面其他位置。這是因為坡頂位置的約束相對較弱，地震波傳播到坡頂時，能量聚集，使得坡頂更容易產(chǎn)生較大的水平向位移。在幅值為0.2g的Kobe波作用下，坡底水平向位移峰值為10mm，而坡頂水平向位移峰值達(dá)到40mm。此外，水平向位移響應(yīng)與加速度響應(yīng)之間存在密切關(guān)聯(lián)。一般來說，加速度響應(yīng)越大的部位，水平向位移響應(yīng)也越大。這是因為加速度是速度的變化率，加速度越大，速度變化越快，在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的位移也就越大。但在某些情況下，由于邊坡巖體的非線性特性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，水平向位移響應(yīng)與加速度響應(yīng)之間可能存在一定的滯后現(xiàn)象。當(dāng)邊坡巖體出現(xiàn)局部破壞或塑性變形時，雖然加速度響應(yīng)可能已經(jīng)達(dá)到峰值，但由于巖體的變形和損傷，水平向位移仍會繼續(xù)增大。4.2.2豎直向位移響應(yīng)規(guī)律上硬下軟巖質(zhì)邊坡的豎直向位移響應(yīng)在地震作用下也表現(xiàn)出一定的規(guī)律，對邊坡穩(wěn)定性有著重要影響。豎直向位移隨地震波幅值的變化趨勢與水平向位移類似，即隨著地震波幅值的增大，豎直向位移逐漸增大。在幅值為0.05g的Wolong波作用下，坡頂豎直向位移峰值為10mm；當(dāng)幅值增大到0.3g時，坡頂豎直向位移峰值達(dá)到35mm。這說明地震波幅值的增加會導(dǎo)致邊坡受到的豎直向地震力增大，從而使豎直向位移增大。在豎直向位移沿邊坡高度的分布方面，整體呈現(xiàn)出從坡底到坡頂逐漸增大的趨勢，但增幅相對較小。與水平向位移相比，豎直向位移在數(shù)值上相對較小。這是因為邊坡在豎直方向上受到重力和巖體自身的約束作用，限制了豎直向位移的發(fā)展。在幅值為0.2g的Kobe波作用下，坡底豎直向位移峰值為5mm，坡頂豎直向位移峰值為15mm。豎直向位移對邊坡穩(wěn)定性的影響不容忽視。過大的豎直向位移可能導(dǎo)致邊坡巖體的松動和破壞，降低邊坡的抗滑力。當(dāng)豎直向位移超過一定限度時，可能引發(fā)邊坡的整體失穩(wěn)。在試驗中觀察到，當(dāng)豎直向位移達(dá)到一定程度時，邊坡表面出現(xiàn)了明顯的裂縫，巖體的完整性受到破壞，從而影響了邊坡的穩(wěn)定性。因此，在分析上硬下軟巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性時，需要充分考慮豎直向位移的影響。4.3邊坡破壞模式與機(jī)理分析4.3.1破壞模式觀察通過試驗過程中的細(xì)致觀察和記錄，發(fā)現(xiàn)上硬下軟巖質(zhì)邊坡在地震作用下呈現(xiàn)出多種復(fù)雜的破壞模式，主要包括拉裂、滑移等，這些破壞模式相互影響，共同導(dǎo)致了邊坡的失穩(wěn)。在地震作用初期，隨著地震波的輸入，邊坡后緣首先出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。由于地震波在傳播過程中，在邊坡后緣產(chǎn)生拉應(yīng)力集中，當(dāng)拉應(yīng)力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時，巖石就會發(fā)生開裂。在幅值為0.2g的Wolong波作用下，邊坡后緣出現(xiàn)了多條豎向裂縫，裂縫寬度隨著地震作用的持續(xù)逐漸增大，最大裂縫寬度達(dá)到5mm。這些拉裂縫的產(chǎn)生，削弱了邊坡巖體的整體性和強(qiáng)度，為后續(xù)的破壞發(fā)展提供了條件。隨著地震作用的增強(qiáng)，邊坡的破壞進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了滑移現(xiàn)象?；浦饕l(fā)生在軟硬巖交界面處，由于軟巖的強(qiáng)度較低，在地震力和上覆硬巖的壓力作用下，軟巖發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致軟硬巖交界面處的抗剪強(qiáng)度降低。當(dāng)剪應(yīng)力超過交界面的抗剪強(qiáng)度時，上覆硬巖就會沿著交界面發(fā)生滑移。在試驗中觀察到，當(dāng)輸入幅值為0.3g的Kobe波時，軟硬巖交界面處出現(xiàn)了明顯的錯動，硬巖向下滑移，滑移距離達(dá)到10mm。這種滑移現(xiàn)象使邊坡的穩(wěn)定性急劇下降，容易引發(fā)邊坡的整體失穩(wěn)。在地震作用后期，邊坡還出現(xiàn)了崩塌現(xiàn)象。由于拉裂和滑移的共同作用，邊坡巖體的完整性遭到嚴(yán)重破壞，部分巖體失去支撐，在重力作用下發(fā)生崩塌。崩塌主要發(fā)生在坡頂和坡面，崩塌的巖體體積大小不一，大的巖體可達(dá)0.1m3，小的則為碎石狀。崩塌不僅對邊坡自身造成破壞，還可能對周邊環(huán)境和工程設(shè)施造成威脅。4.3.2破壞機(jī)理探討從力學(xué)原理和地質(zhì)條件等方面深入探討上硬下軟巖質(zhì)邊坡的破壞機(jī)理，對于理解邊坡的失穩(wěn)過程和制定有效的防治措施具有重要意義。在力學(xué)原理方面，地震作用下邊坡受到慣性力、重力等多種力的作用。慣性力是由于地震波的傳播使邊坡巖體產(chǎn)生加速度而引起的，其大小與巖體的質(zhì)量和加速度成正比。重力則始終作用于邊坡巖體，方向豎直向下。在地震波作用下，邊坡內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生改變，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在邊坡后緣，由于地震波的反射和疊加，拉應(yīng)力集中，導(dǎo)致巖石拉裂。在軟硬巖交界面處，由于軟硬巖的力學(xué)性質(zhì)差異，軟巖在地震力和上