地震动对框架锚索加固边坡的影响分析

由图3.13（a）知，在框架锚索加固边坡体坡面高度30 cm、60 cm、90 cm和120 cm处分别布置了4个加速度监测点，本节分析其在人工波、El Centro波和汶川-清平地震波激励时的加速度放大效应及其加速度傅里叶谱变化规律。

1.人工波

在人工波各加载工况下，加速度放大系数与台面监测地震波峰值的关系如图3.36所示。在输入地震波峰值不大于0.091g时表现为随输入地震波峰值的增加而增大，当峰值加速度为0.16g时开始出现减小。在峰值加速度为0.16g→0.70g地震波作用下，高度在30 cm处的加速度放大系数变化幅度较小，其均值为1.1，标准偏差为0.057；高度在60 cm和90 cm处的加速度放大系数随输入地震波峰值加速度的增加呈“台阶状”下降趋势，具体表现为0.16g→0.2g为下降段，0.2g→0.3g加速度放大系数基本一致，0.3g→0.4g为下降段，0.4g以后加速度放大系数基本一致；高度在120 cm处的加速度放大系数在输入地震波峰值加速度大于0.3g以后呈“锯齿状”分布，造成这种现象的原因是边坡顶部在地震作用下已产生局部破坏（见第3.2节位移响应），坡体几何形态和受力状况的改变对加速度的传播规律造成了影响。

图3.36　人工波激励时坡面加速度放大系数与输入地震波峰值关系

为了从频域上探讨地震过程中坡体的加速度响应特性，图3.37给出了人工波激励时坡脚自由场和坡面加速度测点的傅里叶谱主频率、峰值与输入地震波峰值加速度的关系。由图3.37（a）知：坡脚自由场、30 cm和60 cm处加速度测点的傅里叶谱主频率在整个地震波加载期间无明显变化，地震对该处边坡体无影响；而90 cm和120 cm处测点的加速度傅里叶谱主频率随输入地震波峰值的增加出现减小的现象，尤其是120 cm处测点的傅里叶谱主频率在峰值加速度为0.16g和0.37g时出现陡降，这说明该处边坡体在0.16g和0.37g地震波激励过后将分别出现损伤和变形破坏。由图3.37（b）知，各测点的傅里叶谱峰值随输入地震波峰值加速度增加而增大，当输入地震波峰值相同时，各测点的傅里叶谱峰值随测点所在高度的增加而增大。傅里叶谱峰值随输入地震波峰值的变化与加速度响应峰值随输入地震波峰值的变化关系一致。

图3.37　人工波激励时坡面加速度傅里叶频谱与输入地震波峰值关系

2.El Centro波

El Centro地震波激励时坡面各测点的加速度放大系数与输入波峰值的关系见图3.38所示。由图可知：在峰值加速度为0.072g→0.685g地震波作用下，30 cm处的水平向加速度放大系数介于1.01～1.23，均值为1.12，标准偏差为0.065；60 cm处的水平向加速度放大系数介于1.2～1.47，均值为1.32，标准偏差为0.084；90 cm和120 cm的水平向加速度放大系数离散程度较大，不宜采用均值代替，分别介于1.46～1.97和1.69～3.46，但其加速度放大系数随输入地震波峰值的改变具有明显的分带特征。具体为：在峰值加速度不大于0.2g时，90 cm和120 cm的水平向加速度放大系数表现出明显的抛物线型分布，随着输入地震波的进一步增大，在0.2g→0.5g地震波作用下，90 cm处的水平向加速度放大系数变化不大，其均值为1.89，标准偏差为0.069，而坡顶120 cm处测点的加速度放大系数随输入地震动峰值的增加呈波动状态。

图3.38　El Centro波激励时坡面加速度放大系数与输入地震波峰值关系

为了从频域上探讨地震过程中坡体的加速度响应特性，图3.39给出了El Centro波激励时坡脚自由场和坡面加速度测点的傅里叶谱主频率、峰值与输入地震波峰值加速度的关系。由图3.39（a）知：坡脚自由场、30 cm和60 cm处加速度测点的傅里叶谱主频率在整个地震波加载期间无明显变化，地震对该处边坡体无影响；而90 cm和120 cm处测点的加速度傅里叶谱主频率与输入地震波峰值的变化关系相同，在峰值为0.273g和0.477g时呈现台阶状下降趋势。由图3.39（b）知，各测点的傅里叶谱峰值随输入地震波峰值加速度增加而增大，当输入地震波峰值相同时，各测点的傅里叶谱峰值随测点所在高度的增加而增大。傅里叶谱峰值随输入地震波峰值的变化与加速度响应峰值随输入地震波峰值的变化关系一致。

图3.39　El Centro波激励时坡面加速度傅里叶频谱与输入地震波峰值关系 (www.xing528.com)

3.汶川-清平波

汶川-清平地震波激励时，坡面各测点的加速度放大系数与输入波峰值的关系见图3.40所示。由图可知，在峰值加速度不大于0.079g地震波作用下坡面各测点的加速度放大系数均随着输入地震波峰值加速度的增加而增大，随着输入地震波峰值加速度的进一步增加，30 cm、60 cm和90 cm处测点的加速度放大系数逐渐减小并呈现出收敛的趋势，而坡顶测点在峰值加速度为0.212g和0.457g时出现增加的现象，与其他测点的加速度放大系数规律不一致，坡体顶部在地震过程中出现损伤。

图3.40　汶川-清平波激励时坡面加速度放大系数与输入地震波峰值关系

为了从频域上探讨地震过程中坡体的加速度响应特性，图3.41给出了汶川-清平波激励时坡脚自由场和坡面加速度测点的傅里叶谱主频率、峰值与输入地震波峰值加速度的关系。由图可知，其傅里叶谱主频率、峰值随输入地震波峰值加速度变化的规律与El Centro波一致，此处不再重述。

图3.41　汶川-清平波激励时坡面加速度傅里叶频谱与输入地震波峰值关系

4.三种地震波对比分析

人工波、El Centro波和汶川-清平波具有不同的频谱特性（图3.14），这三种地震波分别激励时，在峰值加速度相同时边坡体的响应加速度也会存在差异，故本节对加速度放大系数的大小不做研究，而主要分析响应加速度放大系数和频谱随输入地震波峰值的变化趋势。综合分析图3.36～图3.41知：

① 在输入地震波峰值相同时，沿坡面监测的响应加速度峰值放大系数表现出随高度增加而增大的特性，与输入地震波类型无关。

② 在输入地震波峰值不大于0.1g时，各测点的加速度放大系数表现出随输入地震波峰值增加而变大的规律，与输入地震波类型无关。

③ 在同一类型的地震波激励时，坡面各测点的加速度放大系数与输入地震波峰值的变化规律，在输入地震波峰值不大于0.2g时相同，当输入地震波峰值大于0.2g后，坡顶测点的变化规律出现异常，而其他3个测点的变化规律仍然一致。

④ 坡顶测点的加速度傅里叶谱主频率随输入地震波峰值的增加呈“台阶状”下降趋势，与输入地震波类型无关。

结合边坡响应加速度的变化规律，并将其与第3.2节位移响应规律对比分析，提出一种识别坡体出现局部破坏的方法：不同高度处测点的加速度放大系数随输入地震波峰值的变化关系是否出现异常；傅里叶谱的主频率随输入地震波峰值的增加是否出现2次“台阶状”下降的趋势。若同时符合这两项条件，则可判定该异常点区域土体出现破坏。以人工波激励时的加速度响应特性进行说明，在峰值加速度大于0.204g后坡顶监测点加速度放大系数变化规律出现异常，且与下部3个测点的响应规律不一致，同时坡顶测点加速度傅里叶谱的主频在0.37g时已出现2次陡降，判定该测点附近区域因地震作用而出现破坏。对比分析图3.25（a）知，L2监测点已进入屈服阶段，与利用加速度识别地震引起边坡体局部出现破坏结果一致。