刘洋1 李思丰1 陈伟庚2 曾海凌3
（1.中科（湖南）先进轨道交通研究院有限公司，湖南株洲412000；2.中国铁路广州局集团有限公司，广东广州510000；3. 成都凌渡科技有限责任公司，四川成都610000）
摘 要：川藏铁路作为我国铁路建设的重要战略目标，保证铁路的安全运营成为其首要目的。地震频发的山区常常出现滑坡等次生灾害，威胁列车的运行安全。基于此，利用大型振动台设备，分析并研究Kobe地震波作用下堆积型岩质边坡的地震动响应时域特征。结果表明：随着高程的增加，测点加速度放大系数逐渐增加；由于堆积体重力引起的竖向附加应力会使得测点加速度产生突变；滑床与滑体之间的运动存在不一致性，而滑床及滑体自身内部测点变化则具有高度的一致性。
关键词：振动台试验；堆积型边坡；加速度放大效应
中图分类号：U213.1+3 文献标识码：A
1 引言
随着川藏铁路建设建设的稳步推进，其复杂的地形地貌、恶劣的天气条件以及地震频发的构造活动，为川藏铁路的施工带来许多困难。调查发现，川藏铁路沿线存在大量含风化过后的软弱夹层高陡岩质边坡，其上覆的土体稳定性较差，容易造成滑坡、崩塌等次生地质灾害，基于此，积极的工程防治及合理的预估灾害监测是我们当前需要着重解决的事情[1-2]。目前，针对堆积型岩质边坡破坏现象的研究较少，理论体系不够完善[3-5]。基于此，针对含软弱夹层的堆积型岩质边坡进行现场模拟振动台试验，分析和讨论堆积型岩质边坡的动力响应规律及特征，为崩塌、滑坡等灾害的防治提供理论支持。
2 振动台试验设计
2.1 模型设计
此次模拟振动台试验中振动台台面尺寸为3m×3m，模型箱内空尺寸为2.2m×2m×1.6m。模型边坡由堆积体、软弱夹层以及岩质滑床组成，上覆滑体的坡面角度为50°，软弱夹层5cm厚，模型总高为1.5m.根据相似原理，设计几何相似比为1：10的边坡模型，其中，滑床及滑体两部分采用石膏、粘土、河砂、水作为材料按不同比例进行混合模拟，按相似原理算法得到相应模型的内摩擦角，粘聚力等相关材料参数。软弱夹层则用5cm厚细砂代替。为了探寻地震动响应规律，在模型不同位置上布设九个加速度传感器A1-A9。模型设计图纸见图1.
图1 边坡模型实物图
相似材料配合比见表1.
表1 滑床及滑体材料配合比
2.2 加载方案
本次振动台试验通过加载0.1g~1.0gKobe地震波模拟并分析边坡的动力响应时域特征。通过加载0.05g白噪声扫频处理，模拟地震波到达前场地的真实环境。对于输入的Kobe地震波，需要对其进行归一化处理。归一化后Kobe地震波见图2.
图2 归一化后Kobe地震波加速度时程曲线
3 边坡动力响应时域特征分析
加速度放大效应是研究地震动响应的必要手段。试验通过设置多个加速度传感器，将九个传感器归为四组：滑体表面、滑体交界面、滑床交界面以及滑床内。探究地震作用下测点加速度放大系数规律。其中，A6测点为自由场处加速度传感器，其加速度放大系数为1。X（边坡走向方向）、Y（临空面方向）、Z（竖直方向）方向上放大系数见图3.
图3 X、Y、Z方向上加速度放大系数
由图3可知，当输入峰值加速度为1.0g时，X方向上加速度放大系数普遍小于1.0，而Y、Z方向上，加速度放大系数则大于1.0，这分别是因为处于振动方向，其加速度变化较大以及堆积体因重力产生的附加应力导致。对于模型边坡整体测点组，在X、Y、Z三个方向上，随着高程的增大，其放大系数整体上呈增大的趋势。对于X方向上滑体交界面处测点，随着高程增大，其放大系数减小，Z方向上，滑床测点处其加速度放大系数减小，这可能是由于振动过程中，滑体沿滑动面向下移动时产生竖向附加应力，使得竖直方向上加速度突然增大，从而加速度放大系数增加。同时，滑床和滑体内部整体变化趋势具有一致性，而二者相比又有所不同，这说明在边坡滑坡过程中，其滑体与滑床之间的运动是不相一致的。
4 结语
基于大型振动台试验，当输入地震波为1.0gKobe地震波时，分析并研究堆积型边坡的动力响应时域特征，结果表明：随着高程的增加，其放大系数逐渐增加；由于滑体沿滑动面向下移动，其重力引起的附加竖向应力可能会影响到测点的突变；滑床与滑体之间的运动存在不一致性，而滑床及滑体自身内部测点变化则具有高度的一致性，变化规律相同。
参考文献
[1] 冯志仁,刘红帅,于龙.地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面放大效应研究[J].防灾减灾工程学报,2014,34(01):96-100.
[2] 范刚. 含软弱夹层层状岩质边坡地震响应及稳定性判识时频方法研究[D].西南交通大学,2016.
[3] 刘小丽,周德培.有软弱夹层岩体边坡的稳定性评价[J].西南交通大学学报,2002(04):382-386.
[4] 徐博. 强震作用下堆积体边坡的动力响应研究[D]. 成都理工大学,2016.
[5] 张伯艳,李德玉,王立涛,李春雷.岩质高边坡动力破坏机理的振动台试验研究[J].水电与抽水蓄能,2019,5(02):28-33.
[6] 杨翔.基覆型边坡破坏模式及动力响应研究[D].西南交通大学,2019.