数值试验模拟边坡动力响应
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2020-01-18
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数值试验模拟边坡动力响应
张森
1,2
，言志信
*1,2
，张学东
1,2
，段建
1,2
1 兰州大学土木工程与力学学院,甘肃兰州(730000)
2 西部灾害与环境力学教育部重点实验室，甘肃兰州(730000)
E-mail: zhangsen04@lzu.cn
摘 要：首先提出了相对于室内仪器试验的数值试验的概念和意义，指出边坡地震作用下动
力响应分析的必要性和迫切性。依靠 ANSYS 软件的辅佐运用 FLAC 岩土软件，对不同高度
边坡进行地震响应分析，抓住动力反应三量中的位移和加速度做重点研究，得到坡高与自振
频率的关系，对不同频率地震波的动力响应变化。通过对位移和加速度模拟得到的时程曲线
分析，指出地震波的衰减效应、耗时效应、边坡的对其放大效应。提出目前动力反应三量放
大系数等值线的不妥之处，探讨建立同时刻的动力反应三量放大效应时程等值线的意义。
关键词：数值试验；数值模拟；边坡；地震；动力响应；
中图分类号：U416.14
1.引言
地震状况下边坡的稳定性与安全性相当重要，由于地震作用于边坡的特殊性和复杂性，
依靠室内仪器所做试验都是利用振动台模型试验，但此类试验要求的硬件、软件设施较高，
国内外关于室内模拟地震作用下的边坡动力响应相关报道很少。对实体工程进行现场观测较
难，且不能大规模的推广，加之由于地震的区域性较少的监测数据，不能给广泛的工程提供
可靠指导，所以依赖于数值分析的手段进计算与评价，是人们首选的途径，加上现在岩土工
程界的软件成熟，使数值模拟成为一种辅佐人们进行工程活动重要工具，进而人们提出了相
对于室内仪器试验的数值试验。
随着我国西部大开发战略的实施，一批重大工程相继开工建设。由于西部地区受青藏高
原隆升的影响，地形变化大，地质构造复杂，使得工程建设中产生了大量的高边坡
[1]
：如三
峡船闸高边坡（170m）；澜沧江小湾水电站泄水建筑物边坡（239m）；溪洛渡水电站拱肩槽
边坡（250m）。另外，我国西部又是地震多发区，工程高边坡正面临着严峻的考验。因此，
对于岩质边坡动力响应规律的研究具有重大意义。
早在 1987 年，王存玉等人
[2]
在二滩拱坝动力模型实验中就已发现,岩石边坡对地震加速
度不仅存在竖直向的放大作用,而且还存在水平向的放大作用。之后，国内学者对此方面的
研究逐渐增多，祁生文等
[3]
利用拉格朗日元法对边坡的动力反应三量进行了研究；徐光兴等
[4]
研究了地震动参数对边坡地震动响应规律的影响；秋仁东等
[5]
用有限元软件 ADINA 分析
了高边坡在水平动荷载作用下的动力响应规律；梁力等
[6]
借助 ANSYS 程序对一露天矿岩质
高边坡进行了地震动力响应及稳定性的分析；任自铭等
[7]
利用 FLAC
3D
软件研究了坡面形态
对地震作用下土质边坡稳定性的影响。以上研究工作大多基于数值模拟方法。数值模拟方法
是解决工程实际力学问题的有效手段，已被学术界和工程界广泛认可作为一种力学状态的分
析工具，在岩石力学与工程中的应用和推广具有广阔前景
[8]
。特别是近年来，由于岩土工程
专业软件日趋成熟，数值模拟在边坡动力反应研究中的优势日益凸显。为此，本文在前人工
作的基础上，利用岩土工程专用软件 FLAC2D 对岩质边坡动力响应问题进行深入研究。
2．FLAC2D 软件简介
FLAC2D 有两种输入模式：人机交互模式和命令驱动模式。内置丰富的弹、塑性材料本
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