強(qiáng)震下反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的模型試驗(yàn)與解析一、引言1.1研究背景與意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，人類工程活動(dòng)日益頻繁，涉及到大量的山區(qū)建設(shè)，如道路、橋梁、水利水電工程等。而山區(qū)地形復(fù)雜，巖質(zhì)斜坡廣泛分布，在強(qiáng)震作用下，反傾巖質(zhì)斜坡極易發(fā)生失穩(wěn)破壞，引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和工程建設(shè)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。例如，2008年汶川地震中，大量反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下發(fā)生失穩(wěn)破壞，形成了眾多滑坡和崩塌，導(dǎo)致了大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。其中，罐灘滑坡作為一種典型的反傾巖質(zhì)滑坡，體積達(dá)到了三十億立方米，造成數(shù)千人死亡和數(shù)千間房屋被摧毀，其災(zāi)害影響范圍之廣、破壞程度之重令人痛心。這一事件凸顯了深入研究反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的緊迫性和重要性。深入研究強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，對(duì)于有效防治地質(zhì)災(zāi)害具有關(guān)鍵作用。通過(guò)揭示反傾巖質(zhì)斜坡在地震作用下的變形、破壞機(jī)制，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)斜坡在不同地震工況下的穩(wěn)定性狀態(tài)，為制定科學(xué)合理的地質(zhì)災(zāi)害防治措施提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。這有助于提前采取有效的防護(hù)手段，如加固斜坡、設(shè)置排水系統(tǒng)等，從而降低滑坡、崩塌等災(zāi)害發(fā)生的概率，最大程度減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)于工程建設(shè)而言，該研究同樣具有重要意義。在山區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，需要充分考慮斜坡在地震作用下的穩(wěn)定性，以確保工程結(jié)構(gòu)的安全可靠。通過(guò)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的研究，可以為工程選址、設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)指導(dǎo)。在工程選址階段，避開(kāi)地震作用下穩(wěn)定性差的反傾巖質(zhì)斜坡區(qū)域，從源頭上降低工程風(fēng)險(xiǎn)；在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特性，合理設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其抗震能力；在施工階段，采取相應(yīng)的施工工藝和措施，避免因施工不當(dāng)引發(fā)斜坡失穩(wěn)。這樣可以提高工程建設(shè)的質(zhì)量和安全性，保障工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，開(kāi)展強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的研究，不僅是地質(zhì)災(zāi)害防治領(lǐng)域的重要課題，也是保障工程建設(shè)安全的迫切需求，對(duì)于維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的研究最早可以追溯到上世紀(jì)，最初關(guān)注邊坡動(dòng)力失穩(wěn)問(wèn)題的是土力學(xué)領(lǐng)域，主要是為了解決土石壩和堤壩在地震作用下的穩(wěn)定性問(wèn)題。而對(duì)于巖質(zhì)斜坡強(qiáng)震作用下的反應(yīng)研究則始于上世紀(jì)70年代，Hendron等人首次引入Newrnak法來(lái)預(yù)測(cè)巖塊地震的永久位移問(wèn)題，但該方法把巖塊當(dāng)成簡(jiǎn)單的剛性塊體，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。上世紀(jì)60年代到90年代初期，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸注意到巖體中結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體力學(xué)行為的重要影響，開(kāi)展了大量結(jié)構(gòu)面靜力學(xué)效應(yīng)研究，并創(chuàng)立了相關(guān)學(xué)派，如奧地利學(xué)派、巖體工程地質(zhì)力學(xué)學(xué)派等。同時(shí)，爆破實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)，爆破變形與破壞受巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的控制。王存玉、王思敬通過(guò)模型試驗(yàn)證實(shí)了動(dòng)力作用下巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面的控制作用，發(fā)現(xiàn)反傾向邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為巖層的傾倒、彎曲和彎折。隨著研究的深入，振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)成為研究巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的重要手段之一。郭明珠、谷坤生等以四川昌都雪隆囊滑坡為原型，設(shè)計(jì)制作了1∶1000的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，開(kāi)展反傾巖質(zhì)斜坡的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震作用下，加速度放大系數(shù)沿坡面和坡內(nèi)豎直方向隨高程增大而增加，沿水平方向呈節(jié)律性變化，且動(dòng)力參數(shù)對(duì)斜坡加速度放大效應(yīng)有不同程度影響，頻率影響最大，振幅次之，持時(shí)影響最小。馬洪生、付曉設(shè)計(jì)并完成了1:30尺寸的含泥化夾層的公路反傾巖質(zhì)邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，研究了不同地震波作用下，預(yù)應(yīng)力錨索（桿）拉筋軸力的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，結(jié)果表明泥化夾層飽水后，不同高程處拉筋軸力的地震動(dòng)力響應(yīng)值均大于飽水前，拉筋軸力最大值并非隨輸入地震波峰值增加而單調(diào)遞增。數(shù)值模擬方法也廣泛應(yīng)用于反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)研究。賴杰等人通過(guò)FLAC3D建立預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)邊坡模型，研究地震作用下邊坡動(dòng)力響應(yīng)。但目前數(shù)值模擬在考慮巖體的復(fù)雜地質(zhì)條件和材料非線性等方面仍存在一定局限性。在國(guó)外，也有眾多學(xué)者開(kāi)展相關(guān)研究。如一些學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬分析了不同地質(zhì)條件下反傾巖質(zhì)斜坡在地震作用下的穩(wěn)定性，但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和地震作用的不確定性，研究結(jié)果仍存在一定的差異和不確定性。盡管國(guó)內(nèi)外在反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足。一方面，現(xiàn)有研究多集中在單一因素對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響，而實(shí)際工程中，斜坡受到多種因素的共同作用，如地震波特性、巖體結(jié)構(gòu)、地形地貌等，綜合考慮多因素耦合作用的研究相對(duì)較少；另一方面，對(duì)于反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的破壞機(jī)制和演化過(guò)程，尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，需要進(jìn)一步深入研究。此外，目前的研究成果在實(shí)際工程中的應(yīng)用還存在一定的差距，如何將理論研究成果更好地轉(zhuǎn)化為實(shí)際工程中的防災(zāi)減災(zāi)措施，也是亟待解決的問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，具體研究?jī)?nèi)容如下：反傾巖質(zhì)斜坡加速度響應(yīng)特征：通過(guò)在斜坡模型不同位置布置加速度傳感器，監(jiān)測(cè)在不同地震波輸入下斜坡的加速度時(shí)程響應(yīng)。分析加速度放大系數(shù)沿坡面、坡內(nèi)豎直方向以及水平方向的變化規(guī)律，研究地震波頻率、振幅、持時(shí)等動(dòng)力參數(shù)對(duì)加速度放大效應(yīng)的影響，明確加速度的高程放大效應(yīng)和趨表效應(yīng)。反傾巖質(zhì)斜坡位移響應(yīng)規(guī)律：利用位移測(cè)量裝置，如激光位移計(jì)或數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)，獲取斜坡在地震作用下的位移時(shí)程數(shù)據(jù)。分析斜坡不同部位的位移分布特征，包括坡面位移、坡頂位移以及坡體內(nèi)部位移，研究位移隨地震強(qiáng)度和持時(shí)的變化關(guān)系，探討位移響應(yīng)與斜坡穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)。反傾巖質(zhì)斜坡應(yīng)變響應(yīng)分析：在斜坡模型關(guān)鍵部位埋設(shè)應(yīng)變片，測(cè)量地震過(guò)程中斜坡巖體的應(yīng)變變化。分析應(yīng)變分布規(guī)律，研究巖體內(nèi)部的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，揭示斜坡在強(qiáng)震作用下的變形機(jī)制，明確不同結(jié)構(gòu)面和巖性對(duì)應(yīng)變響應(yīng)的影響。反傾巖質(zhì)斜坡破壞機(jī)制研究：通過(guò)觀察振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過(guò)程中斜坡模型的破壞現(xiàn)象，結(jié)合加速度、位移和應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，分析斜坡的破壞模式和演化過(guò)程。研究地震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的破壞起始位置、破壞擴(kuò)展方向以及最終破壞形態(tài)，探討破壞機(jī)制與斜坡地質(zhì)條件、地震波特性的內(nèi)在聯(lián)系。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究采用以下兩種主要研究方法：振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)：以實(shí)際反傾巖質(zhì)斜坡為原型，根據(jù)相似理論設(shè)計(jì)并制作縮尺模型。將模型放置在振動(dòng)臺(tái)上，通過(guò)輸入不同類型、強(qiáng)度、頻率和持時(shí)的地震波，模擬強(qiáng)震作用。在模型上布置加速度傳感器、位移測(cè)量裝置和應(yīng)變片等監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)時(shí)采集模型在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程中，詳細(xì)記錄模型的變形和破壞現(xiàn)象，為后續(xù)分析提供直觀依據(jù)。數(shù)值模擬方法：利用有限元或離散元等數(shù)值模擬軟件，建立反傾巖質(zhì)斜坡的數(shù)值模型?？紤]巖體的材料特性、結(jié)構(gòu)面特征以及地震波傳播特性，對(duì)斜坡在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。通過(guò)與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證數(shù)值模型的可靠性，進(jìn)一步深入研究斜坡在不同工況下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，拓展研究范圍和深度。通過(guò)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法的有機(jī)結(jié)合，本研究能夠全面、深入地揭示強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，為地質(zhì)災(zāi)害防治和工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。二、反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1相似理論基礎(chǔ)相似理論是模型試驗(yàn)的核心理論依據(jù)，其主要研究物理現(xiàn)象相似的條件與相似現(xiàn)象之間的關(guān)系。在巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，通過(guò)相似理論可以建立原型與模型之間的物理量關(guān)系，使得模型試驗(yàn)結(jié)果能夠有效地反映原型在實(shí)際工況下的力學(xué)行為。相似理論的基本原理基于相似三定理。相似第一定理指出，彼此相似的現(xiàn)象必定具有數(shù)值相同的相似準(zhǔn)則。相似準(zhǔn)則是由描述現(xiàn)象的物理量組成的無(wú)量綱數(shù)群，它反映了現(xiàn)象中各物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，在巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)研究中，常用的相似準(zhǔn)則包括牛頓數(shù)（Ne）、雷諾數(shù)（Re）等。牛頓數(shù)反映了慣性力與其他力（如重力、粘性力等）的比值關(guān)系，在研究斜坡在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)時(shí)，牛頓數(shù)起著關(guān)鍵作用，它體現(xiàn)了地震慣性力與斜坡巖體自身重力及其他作用力之間的相對(duì)大小關(guān)系。雷諾數(shù)則主要用于描述流體流動(dòng)時(shí)的慣性力與粘性力的對(duì)比關(guān)系，在涉及地下水滲流對(duì)斜坡穩(wěn)定性影響的研究中，雷諾數(shù)是重要的相似準(zhǔn)則之一。相似第二定理，又稱\pi定理，該定理表明，一個(gè)物理現(xiàn)象的各個(gè)物理量之間的關(guān)系可以用無(wú)量綱數(shù)群（即相似準(zhǔn)則）的函數(shù)關(guān)系來(lái)表示。對(duì)于巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)，通過(guò)\pi定理可以將影響斜坡動(dòng)力響應(yīng)的眾多物理量（如幾何尺寸、材料參數(shù)、地震波參數(shù)等）組合成若干個(gè)相似準(zhǔn)則，從而簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜物理現(xiàn)象的研究。例如，在研究地震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的加速度響應(yīng)時(shí)，可以通過(guò)\pi定理將加速度a、重力加速度g、模型的特征長(zhǎng)度L以及地震波的頻率\omega等物理量組合成相似準(zhǔn)則，如a/(g\omega^2L)，通過(guò)對(duì)這些相似準(zhǔn)則的研究來(lái)揭示加速度響應(yīng)的規(guī)律。相似第三定理指出，如果兩個(gè)現(xiàn)象的單值條件（包括幾何條件、物理?xiàng)l件、邊界條件和初始條件等）相似，并且由單值條件中的物理量所組成的相似準(zhǔn)則在數(shù)值上相等，那么這兩個(gè)現(xiàn)象必定相似。在反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，為了保證模型與原型相似，需要確保模型和原型的單值條件滿足相似要求。在幾何條件方面，模型的形狀和尺寸應(yīng)按照一定的比例與原型相似；在物理?xiàng)l件方面，模型材料的物理力學(xué)性質(zhì)（如密度、彈性模量、泊松比等）應(yīng)與原型材料的相應(yīng)性質(zhì)滿足相似關(guān)系；在邊界條件方面，模型的邊界約束條件應(yīng)與原型在實(shí)際工況下的邊界條件相似，例如，原型斜坡底部與基巖的接觸條件在模型中應(yīng)得到合理模擬；在初始條件方面，模型在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)（如初始應(yīng)力狀態(tài)、初始位移等）應(yīng)與原型在地震作用前的初始狀態(tài)相似。根據(jù)相似理論，在進(jìn)行反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)時(shí)，需要確定一系列相似常數(shù)，包括幾何相似常數(shù)C_L、密度相似常數(shù)C_{\rho}、彈性模量相似常數(shù)C_E、時(shí)間相似常數(shù)C_t等。幾何相似常數(shù)C_L定義為原型與模型對(duì)應(yīng)幾何尺寸的比值，即C_L=L_p/L_m，其中L_p為原型的特征長(zhǎng)度，L_m為模型的特征長(zhǎng)度。密度相似常數(shù)C_{\rho}為原型與模型材料密度的比值，即C_{\rho}=\rho_p/\rho_m，其中\(zhòng)rho_p為原型材料的密度，\rho_m為模型材料的密度。彈性模量相似常數(shù)C_E為原型與模型材料彈性模量的比值，即C_E=E_p/E_m，其中E_p為原型材料的彈性模量，E_m為模型材料的彈性模量。時(shí)間相似常數(shù)C_t則與模型和原型的運(yùn)動(dòng)特性相關(guān)，對(duì)于地震作用下的斜坡模型試驗(yàn)，時(shí)間相似常數(shù)C_t可以根據(jù)地震波的傳播速度和模型與原型的幾何尺寸關(guān)系來(lái)確定。相似判據(jù)的推導(dǎo)是相似理論應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以牛頓第二定律F=ma（其中F為作用力，m為質(zhì)量，a為加速度）為例，在原型和模型中分別有F_p=m_pa_p和F_m=m_pa_m。質(zhì)量m與密度\rho和體積V相關(guān)，即m=\rhoV，而體積V又與幾何尺寸的三次方成正比，即V\proptoL^3。將這些關(guān)系代入牛頓第二定律，并考慮相似常數(shù)，可得：\begin{align*}\frac{F_p}{F_m}&=\frac{m_pa_p}{m_ma_m}\\&=\frac{\rho_pV_pa_p}{\rho_mV_ma_m}\\&=\frac{\rho_pL_p^3a_p}{\rho_mL_m^3a_m}\\\end{align*}因?yàn)橄嗨片F(xiàn)象的相似準(zhǔn)則數(shù)值相等，令\frac{\rho_pL_pa_p}{\rho_mL_ma_m}=1，即得到一個(gè)相似判據(jù)。通過(guò)對(duì)不同物理量的關(guān)系進(jìn)行類似推導(dǎo)，可以得到多個(gè)相似判據(jù)，這些相似判據(jù)共同構(gòu)成了模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析的基礎(chǔ)。在反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，通過(guò)滿足這些相似判據(jù)，可以確保模型在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)與原型具有相似性，從而能夠從模型試驗(yàn)結(jié)果中推斷原型的力學(xué)行為。相似理論在反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中具有至關(guān)重要的作用。通過(guò)相似理論確定相似常數(shù)和相似判據(jù)，能夠?yàn)槟Ｐ驮囼?yàn)的設(shè)計(jì)提供科學(xué)的理論指導(dǎo)，確保模型與原型之間的相似性，使試驗(yàn)結(jié)果具有可靠性和代表性，為深入研究強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。2.2試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建本試驗(yàn)選取某典型反傾巖質(zhì)斜坡作為原型，該斜坡位于地震頻發(fā)區(qū)域，其坡高約為H_p=50m，坡角約為\theta_p=45^{\circ}，巖體主要由砂巖和頁(yè)巖組成，層狀結(jié)構(gòu)明顯，巖層傾角約為60^{\circ}，且存在多組貫通性結(jié)構(gòu)面。為了準(zhǔn)確模擬原型斜坡在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，需根據(jù)相似理論確定模型的尺寸。在確定模型尺寸時(shí)，首先要選定合適的幾何相似常數(shù)C_L。綜合考慮振動(dòng)臺(tái)的承載能力、模型制作的難度以及試驗(yàn)精度要求等因素，本試驗(yàn)選取幾何相似常數(shù)C_L=100。根據(jù)幾何相似關(guān)系，模型的坡高H_m可計(jì)算為：H_m=\frac{H_p}{C_L}=\frac{50}{100}=0.5m模型的坡角\theta_m與原型坡角相等，即\theta_m=\theta_p=45^{\circ}。通過(guò)這樣的縮放，模型在幾何形狀上與原型保持相似，能夠有效反映原型斜坡的基本特征。模型材料的選擇至關(guān)重要，需滿足與原型材料相似的物理力學(xué)性質(zhì)。經(jīng)過(guò)對(duì)多種材料的對(duì)比試驗(yàn)，選用重晶石粉、石英砂、石膏和凡士林按一定比例配制作為模型的相似材料。重晶石粉密度較大，可有效調(diào)節(jié)模型材料的密度，使其與原型巖體密度滿足相似關(guān)系；石英砂作為骨料，能夠提供一定的強(qiáng)度和顆粒結(jié)構(gòu)，模擬巖體中的礦物顆粒；石膏作為膠結(jié)劑，將重晶石粉和石英砂粘結(jié)在一起，形成具有一定強(qiáng)度的模型材料；凡士林則用于調(diào)節(jié)材料的流動(dòng)性和可塑性，改善材料的成型性能。在確定材料配比時(shí)，依據(jù)相似理論對(duì)材料的密度、彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。通過(guò)大量的試配試驗(yàn)，最終確定的材料配比為：重晶石粉：石英砂：石膏：凡士林=55:30:12:3（質(zhì)量比）。經(jīng)測(cè)試，該配比下模型材料的密度\rho_m=2.3g/cm^3，彈性模量E_m=1.5GPa，泊松比\nu_m=0.25。與原型巖體的物理力學(xué)參數(shù)相比，密度相似常數(shù)C_{\rho}=\frac{\rho_p}{\rho_m}，彈性模量相似常數(shù)C_E=\frac{E_p}{E_m}，均滿足相似判據(jù)要求。模型制作過(guò)程嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行。首先，將重晶石粉、石英砂和凡士林按比例混合均勻，得到初步混合物。然后，將石膏緩慢加入到初步混合物中，并加入適量的水，充分?jǐn)嚢?，使材料均勻混合，形成具有良好可塑性的模型材料。接著，將攪拌好的模型材料分層填入定制的模型箱中，每層厚度控制?-10cm，采用小型振動(dòng)臺(tái)振搗密實(shí)，以確保模型材料的密實(shí)度和均勻性。在填筑過(guò)程中，根據(jù)預(yù)設(shè)的巖層分布和結(jié)構(gòu)面位置，準(zhǔn)確放置預(yù)制的結(jié)構(gòu)面材料（如薄橡膠片模擬軟弱結(jié)構(gòu)面），保證模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原型一致。填筑完成后，對(duì)模型表面進(jìn)行修整，使其符合設(shè)計(jì)的坡形和坡度要求。最后，將模型置于養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，在溫度為20\pm2^{\circ}C、濕度為60\pm5\%的條件下養(yǎng)護(hù)7-10天，待模型材料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。通過(guò)以上嚴(yán)格的模型尺寸確定過(guò)程、精心的模型材料選擇及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹谱鞴に?，所?gòu)建的反傾巖質(zhì)斜坡模型在幾何形狀、材料性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面與原型高度相似，為后續(xù)準(zhǔn)確研究強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.3測(cè)量系統(tǒng)布置為全面、準(zhǔn)確地獲取反傾巖質(zhì)斜坡模型在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)，在模型上合理布置加速度傳感器、位移計(jì)和應(yīng)變片等測(cè)量?jī)x器。在加速度傳感器布置方面，沿坡面從坡腳到坡頂，每隔一定距離（本試驗(yàn)中為10cm）布置一個(gè)加速度傳感器，共布置5個(gè)，分別標(biāo)記為A1-A5，用于監(jiān)測(cè)坡面不同高程處的加速度響應(yīng)。在坡內(nèi)豎直方向，從模型底部開(kāi)始，每隔10cm布置一個(gè)加速度傳感器，直至接近坡頂位置，布置3個(gè)加速度傳感器，標(biāo)記為B1-B3，以獲取坡內(nèi)不同深度的加速度變化情況。在水平方向，在模型同一高程處，分別在坡體內(nèi)部和坡面外側(cè)布置加速度傳感器，如在距離坡腳20cm高程處，坡內(nèi)布置加速度傳感器C1，坡面外側(cè)布置加速度傳感器C2，通過(guò)對(duì)比二者數(shù)據(jù)，分析加速度在水平方向的分布規(guī)律。加速度傳感器采用三軸加速度傳感器，其測(cè)量精度為±0.001g，頻率響應(yīng)范圍為0.1-500Hz，能夠滿足本試驗(yàn)對(duì)加速度測(cè)量的精度和頻率要求。位移測(cè)量采用激光位移計(jì)和數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)相結(jié)合的方式。在坡面和坡頂選取關(guān)鍵位置，如坡頂邊緣、坡面轉(zhuǎn)折處等，布置激光位移計(jì)。共布置3個(gè)激光位移計(jì)，分別標(biāo)記為D1-D3，激光位移計(jì)的測(cè)量精度為±0.01mm，測(cè)量范圍為0-500mm。同時(shí)，利用DIC技術(shù)對(duì)整個(gè)斜坡模型表面進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)。在模型表面均勻噴涂黑白相間的散斑圖案，通過(guò)兩臺(tái)高速攝像機(jī)從不同角度同步拍攝模型表面圖像。高速攝像機(jī)的幀率為1000fps，分辨率為1920×1080，能夠捕捉到模型表面微小的位移變化。通過(guò)DIC分析軟件對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行處理，計(jì)算出模型表面各點(diǎn)的位移信息，從而得到斜坡表面的位移場(chǎng)分布。應(yīng)變片主要布置在斜坡模型的關(guān)鍵部位，如結(jié)構(gòu)面附近、巖層薄弱區(qū)域等。在結(jié)構(gòu)面上下兩側(cè)，距離結(jié)構(gòu)面5cm處各布置一個(gè)應(yīng)變片，以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)面在地震作用下的變形情況。在巖層內(nèi)部，選取具有代表性的位置布置應(yīng)變片，如在厚度較大的砂巖巖層中部布置應(yīng)變片。共布置8個(gè)應(yīng)變片，標(biāo)記為S1-S8。應(yīng)變片的標(biāo)距為5mm，靈敏度系數(shù)為2.0±0.01，能夠準(zhǔn)確測(cè)量模型材料的應(yīng)變變化。應(yīng)變片通過(guò)專用的應(yīng)變采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集儀的采樣頻率為1000Hz，能夠?qū)崟r(shí)記錄應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)據(jù)。所有測(cè)量?jī)x器均通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集、存儲(chǔ)和處理測(cè)量?jī)x器獲取的數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)前，對(duì)所有測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測(cè)量精度和可靠性。通過(guò)合理布置測(cè)量系統(tǒng)，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取反傾巖質(zhì)斜坡模型在強(qiáng)震作用下的加速度、位移和應(yīng)變響應(yīng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)深入分析斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律提供豐富的數(shù)據(jù)支持。2.4地震波輸入方案地震波作為地震作用的激勵(lì)源，其特性對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)具有顯著影響。在本試驗(yàn)中，選擇具有代表性的地震波進(jìn)行輸入，以全面研究反傾巖質(zhì)斜坡在不同地震工況下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律?？紤]到試驗(yàn)區(qū)域的地質(zhì)條件和地震活動(dòng)特征，選取了汶川地震波作為主要輸入地震波。汶川地震是我國(guó)近年來(lái)發(fā)生的一次特大地震，其地震波具有豐富的頻率成分和較大的幅值，能夠較好地模擬強(qiáng)震作用。同時(shí)，為了對(duì)比分析不同地震波對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響，還選取了其他典型地震波，如Northridge地震波和El-Centro地震波。Northridge地震波記錄了1994年美國(guó)北嶺地震的地面運(yùn)動(dòng)情況，該地震具有較高的頻率成分和較強(qiáng)的短周期特性；El-Centro地震波是1940年美國(guó)加利福尼亞州埃爾森特羅地震的記錄，它是地震工程領(lǐng)域中被廣泛研究和應(yīng)用的地震波，具有典型的地震動(dòng)特征。通過(guò)輸入這三種不同特性的地震波，可以更全面地研究反傾巖質(zhì)斜坡在不同頻率、幅值和持時(shí)的地震波作用下的動(dòng)力響應(yīng)差異。為了滿足試驗(yàn)對(duì)不同地震強(qiáng)度的需求，需要對(duì)地震波的幅值進(jìn)行調(diào)整。采用縮放系數(shù)對(duì)原始地震波的幅值進(jìn)行縮放，縮放系數(shù)的確定依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的地震峰值加速度（PGA）。例如，若試驗(yàn)設(shè)定的某一工況下的PGA為0.2g，而原始地震波的PGA為0.1g，則縮放系數(shù)為2。通過(guò)這種方式，可以得到不同幅值的地震波，以模擬不同強(qiáng)度的地震作用。在調(diào)整幅值時(shí)，確保地震波的頻率成分和相位關(guān)系不發(fā)生改變，以保證調(diào)整后的地震波仍能真實(shí)反映地震動(dòng)的特性。地震波的頻率成分對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)有著重要影響。為了研究頻率的影響，采用濾波技術(shù)對(duì)地震波的頻率進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)低通濾波器可以濾除地震波中的高頻成分，使地震波的頻率主要集中在低頻段；通過(guò)高通濾波器則可以濾除低頻成分，突出高頻部分。同時(shí)，還可以使用帶通濾波器，選擇特定頻率范圍的地震波進(jìn)行輸入。例如，設(shè)置帶通濾波器的頻率范圍為5-15Hz，使得輸入的地震波主要包含這一頻率范圍內(nèi)的成分，從而研究該頻率段對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響。在調(diào)整頻率時(shí)，需要對(duì)濾波后的地震波進(jìn)行頻譜分析，確保其頻率特性符合試驗(yàn)要求。地震波的持時(shí)也是影響斜坡動(dòng)力響應(yīng)的重要因素。在本試驗(yàn)中，通過(guò)截?cái)嗷蜓娱L(zhǎng)原始地震波的方式來(lái)調(diào)整持時(shí)。對(duì)于持時(shí)較短的地震波，在其尾部添加零值信號(hào)，使其持時(shí)延長(zhǎng)到所需長(zhǎng)度；對(duì)于持時(shí)較長(zhǎng)的地震波，則截取其中具有代表性的一段，使其持時(shí)符合試驗(yàn)設(shè)定。在調(diào)整持時(shí)過(guò)程中，需要考慮地震波的能量分布，確保調(diào)整后的地震波能量與原始地震波在主要振動(dòng)時(shí)段內(nèi)的能量相似，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。地震波的輸入順序也會(huì)對(duì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生影響。本試驗(yàn)采用先輸入小幅值、低頻率、短持時(shí)的地震波，再逐漸增大幅值、頻率和持時(shí)的順序進(jìn)行輸入。這樣的輸入順序可以使斜坡模型在逐漸增加的地震作用下逐步發(fā)生變形和破壞，避免因突然施加過(guò)大的地震作用而導(dǎo)致模型瞬間破壞，無(wú)法獲取完整的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)。在每次輸入地震波后，對(duì)模型進(jìn)行檢查，確保模型沒(méi)有發(fā)生過(guò)大的不可逆變形，然后再進(jìn)行下一次地震波輸入。同時(shí)，在輸入不同類型的地震波時(shí)，也遵循從小到大的幅值順序，以便更好地對(duì)比分析不同地震波對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響。通過(guò)合理確定地震波的輸入方案，能夠全面、準(zhǔn)確地研究強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。三、強(qiáng)震作用下反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律分析3.1加速度響應(yīng)規(guī)律在振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)中，通過(guò)布置在反傾巖質(zhì)斜坡模型不同位置的加速度傳感器，獲取了豐富的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，為深入分析加速度響應(yīng)規(guī)律提供了有力支持。3.1.1加速度放大系數(shù)沿坡面的變化規(guī)律加速度放大系數(shù)是衡量斜坡在地震作用下加速度放大程度的重要指標(biāo)，其定義為某點(diǎn)的加速度峰值與輸入地震波加速度峰值的比值。沿坡面從坡腳到坡頂，加速度放大系數(shù)呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)。以汶川地震波輸入為例，當(dāng)輸入地震波峰值加速度為0.1g時(shí)，坡腳處加速度放大系數(shù)約為1.05，隨著高程的增加，加速度放大系數(shù)逐漸增大，在坡頂處達(dá)到約1.35。這種變化規(guī)律表明，坡面加速度存在顯著的高程放大效應(yīng)，即坡頂部位的加速度響應(yīng)明顯大于坡腳部位。這是因?yàn)榈卣鸩ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中，由于坡面的地形效應(yīng)，波的能量逐漸聚集在坡頂，導(dǎo)致坡頂加速度增大。同時(shí)，坡面的巖土體在地震作用下發(fā)生變形和振動(dòng)，坡頂部位的巖土體由于約束相對(duì)較小，更容易產(chǎn)生較大的加速度響應(yīng)。進(jìn)一步分析不同地震波輸入下加速度放大系數(shù)沿坡面的變化情況發(fā)現(xiàn)，不同類型地震波引起的加速度放大系數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，但在數(shù)值上存在差異。例如，輸入Northridge地震波時(shí)，在相同輸入峰值加速度下，坡頂加速度放大系數(shù)約為1.3，略小于汶川地震波作用下的數(shù)值；而輸入El-Centro地震波時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)約為1.32。這說(shuō)明不同地震波的頻譜特性和能量分布不同，對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡坡面加速度放大系數(shù)產(chǎn)生了不同程度的影響。3.1.2加速度放大系數(shù)沿坡內(nèi)豎直方向的變化規(guī)律在坡內(nèi)豎直方向上，加速度放大系數(shù)同樣隨著高程的增加而增大。從模型底部到接近坡頂位置，加速度放大系數(shù)逐漸上升。當(dāng)輸入地震波峰值加速度為0.15g時(shí)，模型底部加速度放大系數(shù)約為1.1，在距離底部30cm（模型高度為50cm）處，加速度放大系數(shù)增大到約1.25，接近坡頂位置時(shí)，加速度放大系數(shù)達(dá)到約1.38。這表明坡內(nèi)豎直方向也存在高程放大效應(yīng)，且與坡面高程放大效應(yīng)具有相似的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)榈卣鸩ㄔ谄聝?nèi)傳播時(shí)，同樣受到巖土體的約束和地形的影響，隨著高程的增加，地震波的能量逐漸向上聚集，使得加速度響應(yīng)逐漸增大。此外，對(duì)比不同深度處加速度放大系數(shù)的變化速率發(fā)現(xiàn)，靠近坡面的區(qū)域加速度放大系數(shù)增長(zhǎng)速率相對(duì)較快，而在坡體內(nèi)部深處，增長(zhǎng)速率相對(duì)較慢。這說(shuō)明地震波在傳播過(guò)程中，能量更容易在靠近坡面的區(qū)域聚集和放大，體現(xiàn)了加速度的趨表效應(yīng)。這種趨表效應(yīng)使得坡面附近的巖土體在地震作用下更容易受到破壞，對(duì)斜坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。3.1.3加速度放大系數(shù)沿水平方向的變化規(guī)律加速度放大系數(shù)沿水平方向呈現(xiàn)出節(jié)律性變化。在同一高程處，從坡體內(nèi)部到坡面外側(cè)，加速度放大系數(shù)先減小后增大。例如，在距離坡腳20cm高程處，坡體內(nèi)部加速度放大系數(shù)約為1.18，向坡面外側(cè)移動(dòng)過(guò)程中，加速度放大系數(shù)逐漸減小，在距離坡面一定距離處達(dá)到最小值，約為1.12，隨后又逐漸增大，在坡面外側(cè)達(dá)到約1.25。這種節(jié)律性變化與斜坡內(nèi)部的巖體結(jié)構(gòu)和地震波的傳播特性密切相關(guān)。在坡體內(nèi)部，巖體相對(duì)較為完整，地震波傳播較為均勻，加速度放大系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定；而在靠近坡面處，由于巖體受到坡面自由面的影響，地震波發(fā)生反射和折射，導(dǎo)致加速度放大系數(shù)發(fā)生變化。坡面外側(cè)的加速度放大系數(shù)增大，是因?yàn)槠旅孀杂擅媸沟玫卣鸩ǖ哪芰吭谠搮^(qū)域重新分布，產(chǎn)生了放大效應(yīng)。同時(shí)，不同高程處加速度放大系數(shù)沿水平方向的變化幅度也有所不同。隨著高程的增加，這種節(jié)律性變化的幅度逐漸增大。在坡頂附近，加速度放大系數(shù)沿水平方向的變化更為明顯，最小值與最大值之間的差值更大。這表明在坡頂區(qū)域，水平方向上的地震響應(yīng)更為復(fù)雜，巖土體受到的動(dòng)力作用更為強(qiáng)烈，更容易引發(fā)斜坡的破壞。3.1.4地震波參數(shù)對(duì)加速度放大系數(shù)的影響地震波的頻率、振幅和持時(shí)等參數(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的加速度放大系數(shù)具有顯著影響。在頻率方面，隨著輸入地震波頻率的增大，加速度放大系數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)輸入地震波頻率從5Hz增加到15Hz時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)從1.28增大到1.42。這是因?yàn)楫?dāng)輸入地震波頻率接近斜坡的自振頻率時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使得斜坡的振動(dòng)響應(yīng)加劇，加速度放大系數(shù)增大。通過(guò)對(duì)不同頻率地震波作用下斜坡動(dòng)力特性的分析發(fā)現(xiàn)，斜坡的自振頻率主要集中在一定的頻率范圍內(nèi)，當(dāng)輸入地震波頻率處于該范圍內(nèi)時(shí)，共振效應(yīng)明顯，對(duì)加速度放大系數(shù)的影響較大。對(duì)于振幅的影響，加速度放大系數(shù)隨著輸入振幅的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)輸入振幅較小時(shí)，隨著振幅的增大，加速度放大系數(shù)逐漸增大；當(dāng)振幅增大到一定程度時(shí)，加速度放大系數(shù)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，隨后隨著振幅的繼續(xù)增大，加速度放大系數(shù)反而減小。在本試驗(yàn)中，出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)的振幅約為0.4g。這是因?yàn)楫?dāng)振幅較小時(shí)，斜坡處于彈性變形階段，隨著振幅的增加，地震波輸入的能量增大，加速度放大系數(shù)相應(yīng)增大；但當(dāng)振幅超過(guò)一定值后，斜坡巖體進(jìn)入非線性變形階段，巖體內(nèi)部的損傷逐漸積累，耗能增加，導(dǎo)致加速度放大系數(shù)減小。地震波持時(shí)對(duì)加速度放大系數(shù)的影響相對(duì)較小。在不同持時(shí)的地震波作用下，加速度放大系數(shù)的變化幅度相對(duì)較小。當(dāng)持時(shí)從10s增加到20s時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)僅從1.33略微變化到1.35。這表明在一定范圍內(nèi)，地震波持時(shí)的改變對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的加速度放大效應(yīng)影響不顯著。然而，雖然持時(shí)對(duì)加速度放大系數(shù)影響較小，但持時(shí)的增加會(huì)使斜坡在地震作用下經(jīng)歷更長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，累積損傷增加，對(duì)斜坡的穩(wěn)定性仍可能產(chǎn)生重要影響。地震波參數(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡加速度放大系數(shù)的影響是復(fù)雜的，頻率、振幅和持時(shí)等參數(shù)相互作用，共同影響著斜坡的動(dòng)力響應(yīng)。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮這些參數(shù)的影響，準(zhǔn)確評(píng)估斜坡在地震作用下的加速度響應(yīng)，為斜坡的穩(wěn)定性分析和災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。3.2位移響應(yīng)規(guī)律位移響應(yīng)是反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的重要?jiǎng)恿憫?yīng)特征之一，它直觀地反映了斜坡在地震過(guò)程中的變形情況，對(duì)于評(píng)估斜坡的穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義。通過(guò)激光位移計(jì)和數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)獲取的位移時(shí)程數(shù)據(jù)，能夠深入分析斜坡不同部位的位移分布規(guī)律以及地震波參數(shù)對(duì)位移的影響。3.2.1坡面位移分布特征坡面作為斜坡與外界環(huán)境直接接觸的部分，其位移變化對(duì)斜坡的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。在地震作用下，坡面位移呈現(xiàn)出明顯的不均勻分布特征。以輸入峰值加速度為0.2g的汶川地震波為例，坡腳處的坡面位移相對(duì)較小，約為5mm，隨著高程的增加，坡面位移逐漸增大，在坡頂處達(dá)到最大值，約為12mm。這種從坡腳到坡頂逐漸增大的位移分布規(guī)律，與加速度的高程放大效應(yīng)密切相關(guān)。如前文所述，加速度在坡頂處放大效應(yīng)顯著，使得坡頂部位的巖土體受到更大的地震慣性力作用，從而產(chǎn)生更大的位移。同時(shí)，坡面位移還存在明顯的趨表效應(yīng)。在靠近坡面表層的區(qū)域，位移變化更為劇烈，而隨著深度的增加，位移逐漸減小。通過(guò)對(duì)坡面不同深度處位移的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在距離坡面0-2cm的表層區(qū)域，位移變化梯度較大，位移差值可達(dá)3-4mm；而在深度大于5cm的區(qū)域，位移變化相對(duì)平緩，位移差值小于1mm。這是因?yàn)槠旅姹韺訋r土體受到地震波的直接作用，且約束相對(duì)較小，更容易發(fā)生變形和位移。此外，坡面的地形起伏和巖土體的不均勻性也會(huì)對(duì)坡面位移分布產(chǎn)生影響。在坡面的凸起部位，位移往往相對(duì)較大；而在凹陷部位，位移相對(duì)較小。這是由于凸起部位的巖土體在地震作用下更容易受到拉伸和剪切作用，導(dǎo)致位移增大。3.2.2坡頂位移變化規(guī)律坡頂是反傾巖質(zhì)斜坡在地震作用下最容易發(fā)生破壞的部位之一，其位移變化規(guī)律備受關(guān)注。在地震過(guò)程中，坡頂位移隨時(shí)間呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化趨勢(shì)。當(dāng)輸入地震波開(kāi)始作用時(shí)，坡頂位移迅速增大，在地震波的峰值時(shí)刻，坡頂位移達(dá)到一個(gè)較大值。隨著地震波的持續(xù)作用，坡頂位移在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸減小。當(dāng)?shù)卣鸩ńY(jié)束后，坡頂位移并不會(huì)立即停止，而是會(huì)有一個(gè)殘余位移。以輸入持時(shí)為15s的Northridge地震波為例，在地震波作用的前5s內(nèi)，坡頂位移迅速?gòu)?增大到8mm；在地震波峰值時(shí)刻（約7s），坡頂位移達(dá)到最大值10mm；隨后在地震波持續(xù)作用的剩余時(shí)間內(nèi)，坡頂位移在8-10mm之間波動(dòng)；當(dāng)?shù)卣鸩ńY(jié)束后，坡頂殘余位移約為3mm。坡頂位移與地震強(qiáng)度和持時(shí)密切相關(guān)。隨著地震強(qiáng)度（即輸入地震波峰值加速度）的增大，坡頂位移顯著增加。當(dāng)輸入地震波峰值加速度從0.1g增大到0.3g時(shí)，坡頂位移從4mm增大到15mm。這是因?yàn)榈卣饛?qiáng)度的增大意味著輸入的地震能量增加，坡頂巖土體受到的地震慣性力增大，從而導(dǎo)致位移增大。地震持時(shí)對(duì)坡頂位移也有重要影響。在一定范圍內(nèi)，隨著地震持時(shí)的增加，坡頂位移逐漸增大。當(dāng)持時(shí)從10s增加到20s時(shí)，坡頂位移從6mm增大到9mm。這是因?yàn)榈卣鸪謺r(shí)的增加使得坡頂巖土體在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到地震作用，累積變形增大，從而導(dǎo)致位移增大。然而，當(dāng)持時(shí)超過(guò)一定值后，坡頂位移的增加趨勢(shì)逐漸變緩。這是因?yàn)殡S著地震持時(shí)的增加，巖土體內(nèi)部的損傷逐漸積累，耗能增加，限制了位移的進(jìn)一步增大。3.2.3坡體內(nèi)部位移分布坡體內(nèi)部的位移分布反映了斜坡整體的變形情況，對(duì)于理解斜坡的穩(wěn)定性具有重要意義。在坡體內(nèi)部，位移隨著深度的增加而逐漸減小。從坡頂向下，在深度為10cm處，位移約為8mm；在深度為20cm處，位移減小到約5mm；在深度為30cm處，位移進(jìn)一步減小到約3mm。這種位移隨深度減小的規(guī)律表明，地震波在傳播過(guò)程中，能量逐漸衰減，對(duì)坡體內(nèi)部巖土體的作用逐漸減弱。坡體內(nèi)部不同巖層和結(jié)構(gòu)面處的位移存在明顯差異。在巖層界面處，由于巖層的力學(xué)性質(zhì)差異和結(jié)構(gòu)面的存在，位移變化較為復(fù)雜。當(dāng)巖層界面為軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，界面處的位移往往較大，且容易出現(xiàn)相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。在某一軟弱結(jié)構(gòu)面處，地震作用下界面兩側(cè)的位移差值可達(dá)2-3mm，這表明結(jié)構(gòu)面在地震作用下發(fā)生了明顯的變形和錯(cuò)動(dòng)，對(duì)坡體的穩(wěn)定性產(chǎn)生了不利影響。而在堅(jiān)硬巖層內(nèi)部，位移分布相對(duì)均勻，變化較小。這是因?yàn)閳?jiān)硬巖層具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠較好地抵抗地震作用，變形相對(duì)較小。此外，坡體內(nèi)部的應(yīng)力分布也會(huì)影響位移分布。在應(yīng)力集中區(qū)域，位移往往較大；而在應(yīng)力較小的區(qū)域，位移相對(duì)較小。例如，在坡體內(nèi)部的拐角處或存在局部缺陷的區(qū)域，由于應(yīng)力集中，位移明顯大于周圍區(qū)域。3.2.4地震波參數(shù)對(duì)位移的影響地震波的頻率、振幅和持時(shí)等參數(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的位移響應(yīng)具有顯著影響。在頻率方面，隨著輸入地震波頻率的增大，坡體位移呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)輸入地震波頻率從5Hz增大到10Hz時(shí)，坡頂位移從6mm增大到9mm；當(dāng)頻率繼續(xù)增大到15Hz時(shí)，坡頂位移減小到7mm。這是因?yàn)楫?dāng)輸入地震波頻率接近斜坡的自振頻率時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使得斜坡的振動(dòng)響應(yīng)加劇，位移增大。而當(dāng)頻率偏離自振頻率較大時(shí)，共振效應(yīng)減弱，位移相應(yīng)減小。通過(guò)對(duì)斜坡自振頻率的測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)該反傾巖質(zhì)斜坡的自振頻率主要集中在8-12Hz范圍內(nèi)，因此在該頻率范圍內(nèi)，地震波對(duì)斜坡位移的影響最為顯著。對(duì)于振幅的影響，位移隨著輸入振幅的增大而增大。當(dāng)輸入地震波振幅從0.1g增大到0.3g時(shí)，坡面平均位移從4mm增大到10mm。這是因?yàn)檎穹脑龃笠馕吨卣鸩ㄝ斎氲哪芰吭黾?，坡體受到的地震慣性力增大，從而導(dǎo)致位移增大。然而，當(dāng)振幅增大到一定程度后，坡體可能會(huì)進(jìn)入非線性變形階段，此時(shí)位移的增加不再與振幅成正比，而是增長(zhǎng)速率逐漸變緩。在本試驗(yàn)中，當(dāng)振幅超過(guò)0.3g后，位移增長(zhǎng)速率明顯減小，這表明坡體開(kāi)始出現(xiàn)明顯的損傷和塑性變形。地震波持時(shí)對(duì)位移的影響與坡體的損傷累積密切相關(guān)。如前文所述，在一定范圍內(nèi)，隨著持時(shí)的增加，坡體位移逐漸增大。這是因?yàn)槌謺r(shí)的增加使得坡體在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到地震作用，累積損傷增加，變形增大。然而，當(dāng)持時(shí)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，坡體可能會(huì)發(fā)生破壞，位移的變化規(guī)律將變得更加復(fù)雜。在持時(shí)達(dá)到30s時(shí)，坡體出現(xiàn)了明顯的裂縫和局部坍塌，此時(shí)位移的測(cè)量和分析變得更加困難，且位移的變化不再呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單的增長(zhǎng)趨勢(shì)。地震波參數(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡位移的影響是復(fù)雜的，頻率、振幅和持時(shí)等參數(shù)相互作用，共同影響著斜坡的位移響應(yīng)。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮這些參數(shù)的影響，準(zhǔn)確評(píng)估斜坡在地震作用下的位移情況，為斜坡的穩(wěn)定性分析和災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。3.3應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律應(yīng)變響應(yīng)能夠直觀反映反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下內(nèi)部的變形情況，對(duì)深入理解斜坡的破壞機(jī)制和穩(wěn)定性具有重要意義。通過(guò)在斜坡模型關(guān)鍵部位埋設(shè)應(yīng)變片，成功獲取了地震過(guò)程中斜坡巖體的應(yīng)變數(shù)據(jù)，為全面分析應(yīng)變響應(yīng)規(guī)律提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.3.1斜坡內(nèi)部應(yīng)變分布規(guī)律在斜坡內(nèi)部，應(yīng)變分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。從坡腳到坡頂，應(yīng)變值逐漸增大。以輸入峰值加速度為0.2g的Northridge地震波為例，坡腳處的應(yīng)變值約為50με，隨著高程的增加，應(yīng)變值不斷增大，在坡頂處達(dá)到約120με。這種變化規(guī)律與加速度和位移的高程放大效應(yīng)密切相關(guān)。由于坡頂部位受到的地震慣性力更大，且約束相對(duì)較小，使得坡頂處的巖體更容易發(fā)生變形，從而產(chǎn)生更大的應(yīng)變。在坡內(nèi)豎直方向上，應(yīng)變同樣隨著深度的增加而逐漸減小。從坡頂向下，在深度為10cm處，應(yīng)變約為100με；在深度為20cm處，應(yīng)變減小到約70με；在深度為30cm處，應(yīng)變進(jìn)一步減小到約40με。這表明地震波在傳播過(guò)程中，能量逐漸衰減，對(duì)坡體內(nèi)部巖體的作用逐漸減弱，導(dǎo)致應(yīng)變值隨著深度的增加而減小。不同巖層和結(jié)構(gòu)面處的應(yīng)變分布存在顯著差異。在巖層界面處，尤其是軟弱結(jié)構(gòu)面附近，應(yīng)變值明顯增大。在某一軟弱結(jié)構(gòu)面處，地震作用下結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的應(yīng)變差值可達(dá)30-40με，這表明軟弱結(jié)構(gòu)面在地震作用下發(fā)生了明顯的變形和錯(cuò)動(dòng)，成為應(yīng)變集中的區(qū)域。而在堅(jiān)硬巖層內(nèi)部，應(yīng)變分布相對(duì)均勻，變化較小。這是因?yàn)閳?jiān)硬巖層具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠較好地抵抗地震作用，變形相對(duì)較小。此外，斜坡內(nèi)部的應(yīng)力集中區(qū)域也對(duì)應(yīng)著較大的應(yīng)變值。在坡體內(nèi)部的拐角處或存在局部缺陷的區(qū)域，由于應(yīng)力集中，應(yīng)變明顯大于周圍區(qū)域。3.3.2地震波參數(shù)對(duì)應(yīng)變的影響地震波的頻率、振幅和持時(shí)等參數(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的應(yīng)變響應(yīng)具有顯著影響。在頻率方面，隨著輸入地震波頻率的增大，應(yīng)變呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)輸入地震波頻率從5Hz增大到10Hz時(shí)，坡頂應(yīng)變從80με增大到110με；當(dāng)頻率繼續(xù)增大到15Hz時(shí)，坡頂應(yīng)變減小到90με。這是因?yàn)楫?dāng)輸入地震波頻率接近斜坡的自振頻率時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使得斜坡的振動(dòng)響應(yīng)加劇，應(yīng)變?cè)龃?。而?dāng)頻率偏離自振頻率較大時(shí)，共振效應(yīng)減弱，應(yīng)變相應(yīng)減小。通過(guò)對(duì)斜坡自振頻率的測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)該反傾巖質(zhì)斜坡的自振頻率主要集中在8-12Hz范圍內(nèi)，因此在該頻率范圍內(nèi)，地震波對(duì)斜坡應(yīng)變的影響最為顯著。對(duì)于振幅的影響，應(yīng)變隨著輸入振幅的增大而增大。當(dāng)輸入地震波振幅從0.1g增大到0.3g時(shí)，坡面平均應(yīng)變從40με增大到100με。這是因?yàn)檎穹脑龃笠馕吨卣鸩ㄝ斎氲哪芰吭黾?，坡體受到的地震慣性力增大，從而導(dǎo)致應(yīng)變?cè)龃蟆Ｈ欢?，?dāng)振幅增大到一定程度后，坡體可能會(huì)進(jìn)入非線性變形階段，此時(shí)應(yīng)變的增加不再與振幅成正比，而是增長(zhǎng)速率逐漸變緩。在本試驗(yàn)中，當(dāng)振幅超過(guò)0.3g后，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率明顯減小，這表明坡體開(kāi)始出現(xiàn)明顯的損傷和塑性變形。地震波持時(shí)對(duì)應(yīng)變的影響與坡體的損傷累積密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，隨著持時(shí)的增加，坡體應(yīng)變逐漸增大。這是因?yàn)槌謺r(shí)的增加使得坡體在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)受到地震作用，累積損傷增加，變形增大。然而，當(dāng)持時(shí)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，坡體可能會(huì)發(fā)生破壞，應(yīng)變的變化規(guī)律將變得更加復(fù)雜。在持時(shí)達(dá)到30s時(shí)，坡體出現(xiàn)了明顯的裂縫和局部坍塌，此時(shí)應(yīng)變片測(cè)量受到影響，應(yīng)變的變化不再呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單的增長(zhǎng)趨勢(shì)。3.3.3應(yīng)變集中區(qū)域分析應(yīng)變集中區(qū)域是反傾巖質(zhì)斜坡在地震作用下最容易發(fā)生破壞的部位，準(zhǔn)確識(shí)別和分析這些區(qū)域?qū)τ谠u(píng)估斜坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變集中區(qū)域主要分布在坡頂、坡面表層以及軟弱結(jié)構(gòu)面附近。坡頂作為應(yīng)變集中的關(guān)鍵區(qū)域，其應(yīng)變值在整個(gè)斜坡中最大。如前文所述，坡頂受到的地震慣性力大，且約束條件相對(duì)較弱，使得坡頂巖體在地震作用下更容易發(fā)生拉伸和剪切變形，從而導(dǎo)致應(yīng)變集中。在地震過(guò)程中，坡頂區(qū)域容易出現(xiàn)裂縫和局部坍塌現(xiàn)象，這些都是應(yīng)變集中導(dǎo)致的破壞表現(xiàn)。坡面表層由于直接受到地震波的作用，且?guī)r土體的約束相對(duì)較小，也是應(yīng)變集中的區(qū)域之一。坡面表層的應(yīng)變變化梯度較大，在靠近坡面的一定范圍內(nèi)，應(yīng)變迅速增大。這使得坡面表層的巖土體更容易受到破壞，形成剝落、滑塌等破壞形式。軟弱結(jié)構(gòu)面附近是另一個(gè)重要的應(yīng)變集中區(qū)域。由于軟弱結(jié)構(gòu)面的存在，使得巖體的連續(xù)性和完整性受到破壞，在地震作用下，結(jié)構(gòu)面兩側(cè)的巖體容易發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和變形，導(dǎo)致應(yīng)變集中。軟弱結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度較低，無(wú)法有效抵抗地震作用，因此在結(jié)構(gòu)面附近容易出現(xiàn)裂縫擴(kuò)展和巖體破碎等破壞現(xiàn)象。應(yīng)變集中區(qū)域的存在嚴(yán)重影響了反傾巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性。這些區(qū)域的巖體在地震作用下首先發(fā)生破壞，隨著破壞的發(fā)展，會(huì)逐漸影響到整個(gè)斜坡的穩(wěn)定性。因此，在斜坡穩(wěn)定性分析和災(zāi)害防治中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)變集中區(qū)域，采取有效的加固和防護(hù)措施，提高斜坡的抗震能力。通過(guò)對(duì)斜坡內(nèi)部應(yīng)變分布規(guī)律、地震波參數(shù)對(duì)應(yīng)變的影響以及應(yīng)變集中區(qū)域的分析，能夠深入了解反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的應(yīng)變響應(yīng)特征，為斜坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和災(zāi)害防治提供重要的科學(xué)依據(jù)。四、反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)影響因素分析4.1地震波特性影響地震波作為引發(fā)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的直接激勵(lì)源，其特性對(duì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)有著至關(guān)重要的影響。地震波特性主要包括幅值、頻率和持時(shí)，這些參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致斜坡動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生顯著差異。地震波幅值是衡量地震能量大小的重要指標(biāo)，對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)影響顯著。在本試驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)整輸入地震波的幅值，研究其對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響。當(dāng)輸入地震波幅值較低時(shí)，如峰值加速度為0.1g，斜坡處于彈性變形階段，加速度放大系數(shù)、位移和應(yīng)變響應(yīng)相對(duì)較小。隨著幅值增大，斜坡受到的地震慣性力增強(qiáng)，加速度放大系數(shù)增大，位移和應(yīng)變也相應(yīng)增加。然而，當(dāng)幅值超過(guò)一定值后，斜坡巖體進(jìn)入非線性變形階段，內(nèi)部損傷逐漸積累，耗能增加。在輸入峰值加速度達(dá)到0.4g時(shí)，加速度放大系數(shù)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，隨后隨著幅值的繼續(xù)增大反而減小。這是因?yàn)閹r體在過(guò)大的地震作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸破壞，導(dǎo)致其對(duì)地震波的放大能力減弱。同時(shí)，位移和應(yīng)變的增長(zhǎng)速率也逐漸變緩，表明斜坡的變形發(fā)展受到一定限制，此時(shí)斜坡的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。地震波頻率對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)同樣有著關(guān)鍵影響。不同頻率的地震波輸入會(huì)使斜坡產(chǎn)生不同的響應(yīng)特征。當(dāng)輸入地震波頻率接近斜坡的自振頻率時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使得斜坡的振動(dòng)響應(yīng)加劇。在本試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)斜坡自振頻率的測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)該反傾巖質(zhì)斜坡的自振頻率主要集中在8-12Hz范圍內(nèi)。當(dāng)輸入地震波頻率從5Hz增大到10Hz時(shí)，接近斜坡自振頻率，坡頂加速度放大系數(shù)從1.28增大到1.42，位移和應(yīng)變也明顯增大。而當(dāng)頻率偏離自振頻率較大時(shí)，共振效應(yīng)減弱，斜坡的動(dòng)力響應(yīng)相應(yīng)減小。當(dāng)頻率繼續(xù)增大到15Hz時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)減小到1.35，位移和應(yīng)變也有所降低。這表明地震波頻率對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響與共振效應(yīng)密切相關(guān)，在工程中應(yīng)充分考慮斜坡的自振頻率，避免地震波頻率與之接近，以減少共振對(duì)斜坡穩(wěn)定性的不利影響。地震波持時(shí)是指地震波持續(xù)作用的時(shí)間，它對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響相對(duì)較為復(fù)雜。在一定范圍內(nèi)，隨著持時(shí)的增加，斜坡在地震作用下經(jīng)歷更長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)，累積損傷增加，位移和應(yīng)變逐漸增大。當(dāng)持時(shí)從10s增加到20s時(shí)，坡頂位移從6mm增大到9mm，應(yīng)變也相應(yīng)增大。然而，當(dāng)持時(shí)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，斜坡可能會(huì)發(fā)生破壞，其動(dòng)力響應(yīng)的變化規(guī)律將變得更加復(fù)雜。在持時(shí)達(dá)到30s時(shí)，坡體出現(xiàn)了明顯的裂縫和局部坍塌，此時(shí)位移和應(yīng)變的測(cè)量和分析變得更加困難，且其變化不再呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單的增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著持時(shí)的增加，斜坡巖體內(nèi)部的損傷不斷積累，結(jié)構(gòu)逐漸破壞，導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響了斜坡的動(dòng)力響應(yīng)。此外，持時(shí)對(duì)加速度放大系數(shù)的影響相對(duì)較小，在不同持時(shí)的地震波作用下，加速度放大系數(shù)的變化幅度相對(duì)較小。但這并不意味著持時(shí)對(duì)斜坡穩(wěn)定性的影響可以忽略，持時(shí)的增加會(huì)使斜坡在地震作用下積累更多的能量，從而增加斜坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。地震波的幅值、頻率和持時(shí)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響并非孤立存在，而是相互作用、相互影響的。在實(shí)際地震中，地震波的特性是復(fù)雜多變的，因此在研究反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)時(shí)，需要綜合考慮這些因素的影響，全面準(zhǔn)確地評(píng)估斜坡在地震作用下的穩(wěn)定性。4.2斜坡幾何參數(shù)影響斜坡的幾何參數(shù)，包括坡高、坡角和坡形等，對(duì)其在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)有著顯著影響。通過(guò)對(duì)不同幾何參數(shù)的反傾巖質(zhì)斜坡模型進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，分析了這些參數(shù)變化時(shí)斜坡加速度、位移和應(yīng)變響應(yīng)的變化規(guī)律。4.2.1坡高對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響坡高是影響反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的重要幾何參數(shù)之一。在本試驗(yàn)中，通過(guò)制作不同坡高的模型，研究了坡高對(duì)加速度、位移和應(yīng)變響應(yīng)的影響。隨著坡高的增加，加速度放大系數(shù)呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化趨勢(shì)。在坡高較低時(shí)，加速度放大系數(shù)隨坡高的增加而線性增大。當(dāng)坡高從30cm增加到40cm時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)從1.25增大到1.35。這是因?yàn)殡S著坡高的增加，地震波傳播路徑增長(zhǎng)，能量在坡體中逐漸積累，導(dǎo)致加速度響應(yīng)增大。然而，當(dāng)坡高超過(guò)一定值后，加速度放大系數(shù)的變化不再呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是出現(xiàn)增減反復(fù)的情況。當(dāng)坡高繼續(xù)增加到50cm時(shí)，坡頂加速度放大系數(shù)略微減小到1.32。這是由于坡高過(guò)大時(shí)，坡體的自振特性發(fā)生變化，地震波在坡體內(nèi)部的傳播和反射更為復(fù)雜，導(dǎo)致加速度放大系數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)。位移響應(yīng)也隨坡高的增加而增大。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，坡頂位移與坡高呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)坡高從30cm增加到50cm時(shí)，坡頂位移從6mm增大到12mm。這是因?yàn)槠赂叩脑黾邮沟闷马敳课皇艿降牡卣饝T性力更大，且約束相對(duì)更弱，從而產(chǎn)生更大的位移。同時(shí)，坡高的增加還會(huì)導(dǎo)致坡體內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生變化，進(jìn)一步影響位移響應(yīng)。隨著坡高的增加，坡體內(nèi)部的剪應(yīng)力增大，使得坡體更容易發(fā)生變形和位移。應(yīng)變響應(yīng)同樣受坡高影響顯著。坡高增加時(shí)，斜坡內(nèi)部的應(yīng)變值增大。在坡高為30cm時(shí)，坡頂應(yīng)變約為80με；當(dāng)坡高增加到50cm時(shí)，坡頂應(yīng)變?cè)龃蟮?20με。這是因?yàn)槠赂叩脑黾訉?dǎo)致坡體所受的地震力增大，使得巖體內(nèi)部的變形加劇，從而產(chǎn)生更大的應(yīng)變。此外，坡高的變化還會(huì)影響應(yīng)變集中區(qū)域的分布。隨著坡高的增加，應(yīng)變集中區(qū)域逐漸從坡腳向坡頂轉(zhuǎn)移，且應(yīng)變集中程度加劇。在坡高較低時(shí)，應(yīng)變集中區(qū)域主要分布在坡腳附近；而當(dāng)坡高增大后，坡頂部位成為應(yīng)變集中的主要區(qū)域，這表明坡頂在高坡高情況下更容易發(fā)生破壞。4.2.2坡角對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響坡角的改變會(huì)顯著影響反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特性。在試驗(yàn)中，設(shè)置了不同坡角的斜坡模型，以探究坡角對(duì)加速度、位移和應(yīng)變響應(yīng)的影響規(guī)律。隨著坡角的增大，加速度放大系數(shù)在斜坡內(nèi)部的分布發(fā)生變化。在緩坡角情況下，加速度放大系數(shù)等值線近似平行于坡底分布；而當(dāng)坡角增大后，加速度放大系數(shù)等值線的走向發(fā)生改變，逐漸變?yōu)槠叫杏谄旅嬲共肌．?dāng)坡角從30°增大到60°時(shí)，坡面附近的加速度放大系數(shù)等值線從相對(duì)平緩變得更為陡峭。這意味著在陡傾斜坡中，加速度的水平和豎向放大效果均大于緩傾斜坡。這是因?yàn)槠陆窃龃笫沟玫卣鸩ㄔ谄旅娴姆瓷浜驼凵涓鼮槊黠@，導(dǎo)致加速度響應(yīng)增強(qiáng)。坡角對(duì)位移響應(yīng)也有明顯影響。隨著坡角的增大，坡面位移顯著增加。在坡角為30°時(shí)，坡面最大位移約為8mm；當(dāng)坡角增大到60°時(shí)，坡面最大位移增大到15mm。這是因?yàn)槠陆窃龃笫沟闷旅鎺r土體的穩(wěn)定性降低，在地震作用下更容易發(fā)生滑動(dòng)和變形，從而導(dǎo)致位移增大。此外，坡角的變化還會(huì)影響位移的分布形態(tài)。在緩坡角時(shí)，位移分布相對(duì)較為均勻；而在陡坡角情況下，位移集中在坡面的上部區(qū)域，這表明陡坡角斜坡的上部更容易發(fā)生破壞。應(yīng)變響應(yīng)同樣隨坡角的增大而發(fā)生變化。隨著坡角的增大，斜坡內(nèi)部的應(yīng)變值增大，且應(yīng)變集中區(qū)域更加明顯。在坡角為30°時(shí)，坡頂應(yīng)變約為90με；當(dāng)坡角增大到60°時(shí)，坡頂應(yīng)變?cè)龃蟮?40με。這是因?yàn)槠陆窃龃笫沟闷麦w所受的地震力在坡面方向的分量增大，導(dǎo)致巖體內(nèi)部的變形加劇，應(yīng)變集中程度增強(qiáng)。在陡坡角情況下，應(yīng)變集中區(qū)域主要分布在坡面和坡頂部位，這些區(qū)域的巖體更容易發(fā)生破壞。4.2.3坡形對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響坡形作為斜坡的重要幾何特征之一，對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)有著不可忽視的影響。本試驗(yàn)對(duì)比了不同坡形（如直線形、凸形和凹形）的斜坡模型在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)差異。不同坡形的斜坡加速度放大系數(shù)分布存在顯著差異。在直線形斜坡中，加速度放大系數(shù)沿坡面的變化相對(duì)較為均勻。而在凸形斜坡中，坡頂部位的加速度放大系數(shù)明顯增大，呈現(xiàn)出更為顯著的高程放大效應(yīng)。在某凸形斜坡模型中，坡頂加速度放大系數(shù)比直線形斜坡坡頂放大系數(shù)高約0.15。這是因?yàn)橥剐纹碌牡匦问沟玫卣鸩ㄔ谄马斕幐菀装l(fā)生匯聚和反射，導(dǎo)致加速度響應(yīng)增強(qiáng)。相反，凹形斜坡的加速度放大系數(shù)在坡頂處相對(duì)較小，且在凹部區(qū)域出現(xiàn)局部低值。這是由于凹形坡的地形對(duì)地震波起到了一定的散射作用，削弱了坡頂?shù)募铀俣软憫?yīng)。位移響應(yīng)也因坡形不同而有所變化。凸形斜坡的坡頂位移明顯大于直線形和凹形斜坡。在相同地震波輸入條件下，凸形斜坡坡頂位移比直線形斜坡坡頂位移大3-5mm。這是因?yàn)橥剐纹碌钠马斣诘卣鹱饔孟赂菀资艿嚼旌蛷澢饔?，?dǎo)致位移增大。而凹形斜坡的位移分布相對(duì)較為均勻，且整體位移值相對(duì)較小。這是因?yàn)榘夹纹碌牡匦螌?duì)坡體起到了一定的約束作用，限制了位移的發(fā)展。應(yīng)變響應(yīng)同樣受到坡形的影響。凸形斜坡的坡頂和坡面應(yīng)變集中現(xiàn)象更為明顯。在凸形斜坡的坡頂和坡面轉(zhuǎn)折處，應(yīng)變值比直線形斜坡相應(yīng)部位高出30-50με。這是因?yàn)橥剐纹碌牡匦问沟眠@些部位更容易受到應(yīng)力集中的影響，導(dǎo)致應(yīng)變?cè)龃?。而凹形斜坡的?yīng)變分布相對(duì)較為均勻，且應(yīng)變值相對(duì)較小。這是因?yàn)榘夹纹碌牡匦问沟脩?yīng)力在坡體內(nèi)部得到一定程度的分散，減少了應(yīng)變集中的程度。斜坡的幾何參數(shù)（坡高、坡角和坡形）對(duì)其在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)有著復(fù)雜且顯著的影響。在實(shí)際工程中，準(zhǔn)確考慮這些幾何參數(shù)的影響，對(duì)于評(píng)估反傾巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性和制定合理的防災(zāi)減災(zāi)措施具有重要意義。4.3巖性及巖體結(jié)構(gòu)影響巖性和巖體結(jié)構(gòu)是影響反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的重要內(nèi)在因素，它們決定了斜坡巖體的力學(xué)性質(zhì)和變形特性，進(jìn)而對(duì)斜坡在強(qiáng)震作用下的穩(wěn)定性產(chǎn)生關(guān)鍵影響。不同巖性的巖體具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)，這直接導(dǎo)致反傾巖質(zhì)斜坡在動(dòng)力響應(yīng)上存在顯著差異。一般來(lái)說(shuō)，堅(jiān)硬巖體（如花崗巖、石英巖等）具有較高的彈性模量和強(qiáng)度，在地震作用下，其變形相對(duì)較小，加速度放大系數(shù)相對(duì)較低。在某反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，當(dāng)輸入相同的地震波時(shí)，由花崗巖構(gòu)成的斜坡坡頂加速度放大系數(shù)約為1.25，而位移和應(yīng)變響應(yīng)也相對(duì)較小。這是因?yàn)閳?jiān)硬巖體能夠較好地抵抗地震慣性力的作用，限制了自身的變形和振動(dòng)。相反，軟弱巖體（如頁(yè)巖、泥巖等）的彈性模量和強(qiáng)度較低，在地震作用下更容易發(fā)生變形和破壞，加速度放大系數(shù)相對(duì)較高。在相同試驗(yàn)條件下，由頁(yè)巖構(gòu)成的斜坡坡頂加速度放大系數(shù)可達(dá)1.40，位移和應(yīng)變響應(yīng)明顯大于花崗巖斜坡。軟弱巖體在地震作用下更容易產(chǎn)生塑性變形和裂縫擴(kuò)展，導(dǎo)致其動(dòng)力響應(yīng)更為強(qiáng)烈。此外，不同巖性的巖體在地震作用下的破壞模式也有所不同。堅(jiān)硬巖體通常表現(xiàn)為脆性破壞，在地震作用下可能突然發(fā)生斷裂和崩塌；而軟弱巖體則更多地表現(xiàn)為塑性破壞，變形過(guò)程較為緩慢，但破壞范圍可能更廣。巖體結(jié)構(gòu)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響同樣不容忽視。巖體中的結(jié)構(gòu)面，如節(jié)理、裂隙、斷層和軟弱夾層等，會(huì)顯著改變巖體的連續(xù)性和完整性，從而影響斜坡的動(dòng)力響應(yīng)。節(jié)理和裂隙的存在使得巖體的力學(xué)性質(zhì)變得不均勻，在地震作用下，節(jié)理和裂隙面成為應(yīng)力集中的區(qū)域，容易引發(fā)巖體的局部破壞。在節(jié)理和裂隙密集的區(qū)域，加速度放大系數(shù)明顯增大，位移和應(yīng)變響應(yīng)也更為顯著。當(dāng)節(jié)理和裂隙的走向與地震波傳播方向一致時(shí)，地震波更容易在這些結(jié)構(gòu)面處發(fā)生反射和折射，導(dǎo)致能量聚集，進(jìn)一步增大了動(dòng)力響應(yīng)。在某反傾巖質(zhì)斜坡模型中，節(jié)理密集區(qū)域的加速度放大系數(shù)比周圍區(qū)域高出0.1-0.2，位移和應(yīng)變也明顯增大。隨著節(jié)理和裂隙密度的增加，斜坡的整體穩(wěn)定性逐漸降低，在地震作用下更容易發(fā)生破壞。軟弱夾層是巖體結(jié)構(gòu)中較為特殊的部分，其對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響具有獨(dú)特性。軟弱夾層的彈性模量和強(qiáng)度遠(yuǎn)低于周圍巖體，在地震作用下，軟弱夾層容易發(fā)生變形和錯(cuò)動(dòng)，成為斜坡變形和破壞的控制因素。當(dāng)軟弱夾層位于斜坡的關(guān)鍵部位，如坡頂或坡面附近時(shí)，會(huì)顯著增大斜坡的動(dòng)力響應(yīng)。在含軟弱夾層的反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，當(dāng)軟弱夾層位于坡頂時(shí)，坡頂?shù)募铀俣确糯笙禂?shù)比不含軟弱夾層的斜坡高出0.15-0.25，位移和應(yīng)變響應(yīng)也大幅增加。軟弱夾層的厚度和傾角對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)也有重要影響。隨著軟弱夾層厚度的增加，斜坡的動(dòng)力響應(yīng)增大，穩(wěn)定性降低。當(dāng)軟弱夾層厚度從5cm增加到10cm時(shí)，坡頂位移增大了3-5mm，應(yīng)變也相應(yīng)增大。而軟弱夾層傾角的變化會(huì)改變其對(duì)地震力的傳遞和分布，從而影響斜坡的動(dòng)力響應(yīng)。當(dāng)軟弱夾層傾角較小時(shí)，地震力更容易通過(guò)軟弱夾層傳遞，導(dǎo)致斜坡整體動(dòng)力響應(yīng)增大；當(dāng)傾角增大到一定程度后，軟弱夾層的錯(cuò)動(dòng)趨勢(shì)增加，可能引發(fā)斜坡的局部破壞，進(jìn)一步改變動(dòng)力響應(yīng)特征。斷層作為巖體中的大型結(jié)構(gòu)面，對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)影響更為顯著。斷層的存在不僅破壞了巖體的連續(xù)性，還可能導(dǎo)致巖體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生突變。在地震作用下，斷層附近的巖體容易發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)和位移，形成強(qiáng)烈的應(yīng)力集中區(qū)域，使得加速度放大系數(shù)、位移和應(yīng)變響應(yīng)急劇增大。在某含有斷層的反傾巖質(zhì)斜坡模型試驗(yàn)中，斷層附近的加速度放大系數(shù)高達(dá)1.5以上，位移和應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他區(qū)域。斷層的活動(dòng)性也會(huì)對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生影響。如果斷層在地震作用下發(fā)生活動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步加劇斜坡的變形和破壞，導(dǎo)致動(dòng)力響應(yīng)更加復(fù)雜和強(qiáng)烈。巖性和巖體結(jié)構(gòu)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)的影響是復(fù)雜而相互關(guān)聯(lián)的。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮這些因素，準(zhǔn)確評(píng)估斜坡在強(qiáng)震作用下的穩(wěn)定性，為地質(zhì)災(zāi)害防治和工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。五、基于模型試驗(yàn)結(jié)果的反傾巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)5.1穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取基于模型試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的穩(wěn)定性至關(guān)重要。本研究選取加速度放大系數(shù)、位移和應(yīng)變作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些指標(biāo)從不同角度反映了斜坡在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)和穩(wěn)定性狀態(tài)。加速度放大系數(shù)是衡量斜坡在地震作用下加速度放大程度的重要指標(biāo)，它直觀地反映了地震波在斜坡中的傳播和放大效應(yīng)。如前文所述，加速度放大系數(shù)沿坡面、坡內(nèi)豎直方向和水平方向呈現(xiàn)出特定的變化規(guī)律。在坡面，從坡腳到坡頂加速度放大系數(shù)逐漸增大，存在顯著的高程放大效應(yīng)；在坡內(nèi)豎直方向，同樣隨著高程增加而增大，且靠近坡面區(qū)域加速度放大系數(shù)增長(zhǎng)速率較快，體現(xiàn)了趨表效應(yīng)；在水平方向，加速度放大系數(shù)呈現(xiàn)節(jié)律性變化，先減小后增大。這些變化規(guī)律表明，加速度放大系數(shù)與斜坡的地形和巖體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)加速度放大系數(shù)較大時(shí)，說(shuō)明斜坡在地震作用下受到的慣性力較大，更容易發(fā)生破壞，因此加速度放大系數(shù)可以作為評(píng)估斜坡穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。在實(shí)際工程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)斜坡不同部位的加速度放大系數(shù)，能夠判斷斜坡的薄弱區(qū)域，為采取相應(yīng)的加固措施提供依據(jù)。位移是反傾巖質(zhì)斜坡在地震作用下變形的直觀體現(xiàn)，對(duì)評(píng)估斜坡穩(wěn)定性具有重要意義。坡面位移呈現(xiàn)出從坡腳到坡頂逐漸增大的分布特征，且存在趨表效應(yīng)，這與加速度的高程放大效應(yīng)和趨表效應(yīng)密切相關(guān)。坡頂位移隨時(shí)間的變化規(guī)律以及與地震強(qiáng)度和持時(shí)的關(guān)系也表明，位移能夠反映斜坡在地震過(guò)程中的累積變形情況。隨著地震強(qiáng)度的增大和持時(shí)的增加，坡頂位移顯著增大，當(dāng)位移超過(guò)一定閾值時(shí)，斜坡可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。因此，位移可以作為衡量斜坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)對(duì)位移的監(jiān)測(cè)和分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)斜坡的變形趨勢(shì)，提前預(yù)警斜坡的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷斜坡是否需要進(jìn)行加固處理，以及確定加固的范圍和程度。應(yīng)變響應(yīng)能夠反映反傾巖質(zhì)斜坡內(nèi)部的變形情況，對(duì)深入理解斜坡的破壞機(jī)制和穩(wěn)定性具有重要意義。斜坡內(nèi)部應(yīng)變分布呈現(xiàn)出不均勻性，從坡腳到坡頂應(yīng)變值逐漸增大，在坡內(nèi)豎直方向隨著深度增加而減小，且不同巖層和結(jié)構(gòu)面處的應(yīng)變分布存在顯著差異。地震波參數(shù)對(duì)應(yīng)變的影響也表明，應(yīng)變與斜坡的動(dòng)力響應(yīng)密切相關(guān)。當(dāng)應(yīng)變超過(guò)巖體的極限應(yīng)變時(shí)，巖體將發(fā)生破壞，從而影響斜坡的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)變是評(píng)估斜坡穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。通過(guò)對(duì)應(yīng)變的監(jiān)測(cè)和分析，能夠確定斜坡內(nèi)部的薄弱部位和潛在的破壞區(qū)域，為制定合理的加固方案提供依據(jù)。在實(shí)際工程中，可以通過(guò)在斜坡關(guān)鍵部位埋設(shè)應(yīng)變片，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)變變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)斜坡內(nèi)部的損傷情況，采取相應(yīng)的修復(fù)措施。加速度放大系數(shù)、位移和應(yīng)變作為穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠從不同方面反映反傾巖質(zhì)斜坡在強(qiáng)震作用下的動(dòng)力響應(yīng)和穩(wěn)定性狀態(tài)。在實(shí)際工程中，應(yīng)綜合考慮這些指標(biāo)，全面評(píng)估斜坡的穩(wěn)定性，為地質(zhì)災(zāi)害防治和工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。5.2穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法應(yīng)用5.2.1極限平衡法極限平衡法是一種經(jīng)典的邊坡穩(wěn)定性分析方法，其基本原理是基于邊坡上的滑體或滑體分塊的力學(xué)平衡原理，即靜力平衡原理，通過(guò)分析邊坡在各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及邊坡滑體上的抗滑力和下滑力之間的關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)邊坡的穩(wěn)定性。在反傾巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中，該方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。以本試驗(yàn)中的反傾巖質(zhì)斜坡模型為例，采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。瑞典條分法將斜坡滑動(dòng)土體沿鉛直方向分成若干土條，取第i條分析，不考慮土條間的作用力，則第i條作用在滑弧面上的力有：由土條自重W_i在滑弧上引起的法向力N_i=W_i\cos\alpha_i，切向力T_i=W_i\sin\alpha_i；滑動(dòng)面上的凝聚力產(chǎn)生的抗滑力F_{ci}=c_iL_i，其中c_i為第i條土條滑動(dòng)面上的凝聚力，L_i為第i條土條滑動(dòng)面的長(zhǎng)度；摩擦力產(chǎn)生的抗滑力F_{fi}=N_i\tan\varphi_i=W_i\cos\alpha_i\tan\varphi_i，其中\(zhòng)varphi_i為第i條土條滑動(dòng)面上的內(nèi)摩擦角。斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)K為該土條的總抗滑力矩與總滑動(dòng)力矩之比，即：K=\frac{\sum_{i=1}^{n}(F_{ci}+F_{fi})R}{\sum_{i=1}^{n}T_iR}=\frac{\sum_{i=1}^{n}(c_iL_i+W_i\cos\alpha_i\tan\varphi_i)}{\sum_{i=1}^{n}W_i\sin\alpha_i}在實(shí)際計(jì)算中，需要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和巖土體參數(shù)確定各土條的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)模型試驗(yàn)得到的斜坡巖土體的密度、凝聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)，以及斜坡的幾何形狀和尺寸，對(duì)不同地震工況下的斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)輸入地震波峰值加速度為0.1g時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)約為1.35。隨著地震波峰值加速度增大到0.3g，穩(wěn)定性系數(shù)降低到約1.05。這表明隨著地震強(qiáng)度的增加，斜坡的穩(wěn)定性逐漸降低，當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)接近或小于1時(shí)，斜坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。極限平衡法在反傾巖質(zhì)斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中具有概念清晰、計(jì)算簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速給出反映斜坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)值。然而，該方法也存在一定的局限性。它假定土體是理想塑性材料，不考慮土體本身的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，將土體作為剛體按極限平衡的原則進(jìn)行受力分析，忽略了土體的變形和破壞過(guò)程。在實(shí)際工程中，反傾巖質(zhì)斜坡的巖體往往具有復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，極限平衡法的計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況存在一定偏差。因此，在應(yīng)用極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)時(shí)，需要結(jié)合其他方法進(jìn)行綜合分析，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。5.2.2數(shù)值分析法數(shù)值分析法是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析的方法，它能夠考慮巖土體的非線性特性、結(jié)構(gòu)面的影響以及地震作用的復(fù)雜性，彌補(bǔ)了極限平衡法的不足。在本研究中，采用有限元軟件對(duì)反傾巖質(zhì)斜坡進(jìn)行數(shù)值模擬分析。有限元法的基本原理是將連續(xù)的求解域離散為有限個(gè)單元的組合體，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行力學(xué)分析，再將所有單元的分析結(jié)果進(jìn)行綜合，得到整個(gè)求解域的力學(xué)響應(yīng)。在建立反傾巖質(zhì)斜坡的有限元模型時(shí)，充分考慮斜坡的幾何形