软弱夹层加速度研究结果

模型试验时在边坡高度100 cm和30 cm的软弱夹层处布置有加速度监测断面Ⅰ（传感器编号为A4、A5、A6）和加速度监测断面Ⅱ（传感器编号为A7、A8、A9），见图3.13（a）所示，研究地震波经过软弱夹层前、后的响应规律及其差异性。

1.人工波

为了研究软弱夹层下方基岩、软弱夹层和软弱夹层上方滑体的加速度放大效应的差异性，给出各测点加速度放大系数与输入地震波峰值加速度的关系，见图3.44所示。由图可知，监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大系数显著大于监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数，且地震波在经过软弱夹层时出现的加速度高程放大效应具有明显的差异性，具体为：监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数随高度的增加而变大，随输入地震波峰值加速度的增加呈减小的趋势；监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大系数，在峰值加速度不大于0.204g时，软弱夹层内和软弱夹层上方的加速度放大系数基本一致，且大于软弱夹层下方的加速度放大系数，在峰值加速度为0.237g时，软弱夹层内的放大系数大于软弱夹层上方的加速度放大系数，随着输入地震波峰值的增加 该现象愈发突出，在峰值加速度为0.349g时两者的差值最大，当峰值加速度大于0.432g后软弱夹层上方和软弱夹层内的加速度放大系数又趋于一致。

图3.44　人工波激励时软弱夹层监测断面加速度放大系数与输入波峰值关系

监测断面Ⅰ内软弱夹层出现的加速度放大系数陡增的现象表明地震时该区域岩土体性状已产生变化，下文将从频域上探讨该监测断面软弱夹层岩土体的响应特性。选取台面监测地震波峰值为0.091g、0.16g、0.237g和0.349g时的人工波，作出A4、A5、A6测点的加速度傅里叶谱，见图3.45所示。由图3.45（a）、（b）知，在峰值加速度为0.091g和0.16g时，A5、A6测点的加速度傅里叶谱幅值大小相等且均大于A4测点的加速度傅里叶谱幅值，A4、A5和A6测点的加速度傅里叶谱主频率为20 Hz；由图3.45（c）、（d）知，在峰值加速度为0.237g和0.349g时，A5测点的加速度傅里叶谱幅值大于A6测点的加速度傅里叶谱幅值，且均大于A4测点的加速度傅里叶谱幅值，A5、A6测点的加速度傅里叶谱主频率为17Hz，A4测点的加速度傅里叶谱主频率为20 Hz。

图3.45　人工波激励时监测断面Ⅰ加速度傅里叶谱

2.El Centro波

在El Centro波激励时，监测断面Ⅰ和监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数随输入地震波峰值的变化关系见图3.46所示。由图3.46（a）知，监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大效应为：软弱夹层和软弱夹层上方滑体内的加速度放大系数大于软弱夹层下方的基岩面加速度放大系数；在峰值加速度不大于0.179g时，软弱夹层的加速度放大系数与软弱夹层上方滑体的加速度放大系数基本一致；在峰值加速度为0.208g时，软弱夹层内的加速度放大系数急剧增加，其量值明显大于软弱夹层上下岩土体内的加速度放大系数；随着输入地震波峰值加速度的进一步增加，在峰值加速度为0.399g时软弱夹层与滑体的加速度放大系数又趋于一致。由图3.46（b）知，监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数并没有表现出在软弱夹层急剧增大的现象，且均小于监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大系数。

图3.46　El Centro波激励时软弱夹层监测断面 加速度放大系数与输入波峰值关系

在El Centro地震波激励时，监测断面Ⅰ内软弱夹层出现的加速度放大系数陡增的现象暗示该区域岩土体性质已产生变化，本节也将从频域上探讨该监测断面软弱夹层岩土体的响应特性。选取台面监测地震波峰值为0.072g、0.208g、0.381g和0.509g的El Centro波，作出A4、A5、A6测点的加速度傅里叶谱，见图3.47所示。由图3.47（a）知：在峰值加速度为0.072g时，A5、A6测点的加速度傅里叶谱幅值大小相等且均大于A4测点的加速度傅里叶谱幅值，A4、A5和A6测点的加速度傅里叶谱形状一致、主频率为19.3 Hz；在峰值加速度为0.208g时，A5测点的加速度傅里叶谱幅值大于A6测点的加速度傅里叶谱幅值，且均大于A4测点的加速度傅里叶谱幅值，A4、A5和A6测点的加速度傅里叶谱主频率仍为19.3 Hz，但A5、A6测点的加速度傅立叶谱形状与A4测点出现差异；在峰值加速度为0.381g和0.509g时，A5、A6测点的加速度傅里叶谱主频将减小为16.8 Hz。加速度傅里叶谱具有多个峰值的特性。(www.xing528.com)

图3.47　El Centro波激励时监测断面Ⅰ加速度傅里叶谱

3.汶川-清平波

在汶川-清平波激励时，监测断面Ⅰ和监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数与输入地震波峰值的变化关系见图3.48所示。由图3.48（a）知，监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大效应为：软弱夹层和软弱夹层上方滑体内的加速度放大系数大于软弱夹层下方的基岩面加速度放大系数；在峰值加速度不大于0.162g时，软弱夹层的加速度放大系数与软弱夹层上方滑体的加速度放大系数基本一致；在峰值加速度为0.212g时，软弱夹层内的加速度放大系数急剧增加，其量值明显大于软弱夹层上下岩土体内的加速度放大系数；随着输入地震波峰值加速度的进一步增加，在峰值加速度为0.407g时软弱夹层与滑体的加速度放大系数又趋于一致。由图3.48（b）知，监测断面Ⅱ内各测点的加速度放大系数随高度的增加而增大，随着输入地震波峰值加速度的增加而降低，且均小于监测断面Ⅰ内各测点的加速度放大系数。

图3.48　汶川-清平波激励时软弱夹层监测断面 加速度放大系数与输入波峰值关系

为探讨汶川-清平地震波激励时监测断面Ⅰ内岩土体的频域响应特性，选取台面监测地震波峰值为0.053g、0.212g、0.337g和0.457g时A4、A5、A6测点的响应加速度时程作出傅里叶谱，见图3.49所示。由图可知，随着输入地震波峰值加速度的增加，A5、A6测点的加速度傅里叶谱变化规律与El Centro波激励时类似，其形状也由单峰值向多峰值变化，并出现主频率降低的现象，本节不再重复分析。

图3.49　汶川-清平波激励时断面Ⅰ傅里叶谱变化规律

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软弱夹层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作研究，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3.44～图3.49知，监测断面Ⅰ在输入地震波峰值为0.2g→0.4g时软弱夹层内加速度放大系数出现了异常增加的现象，加速度傅里叶谱的主频率降低，而监测断面Ⅱ的加速度放大系数较小，且软弱夹层内无异常增加的现象。

因此，框架锚索加固含软弱夹层的边坡时，较低处软弱夹层的地震加速度放大效应较小且无异常现象，其对边坡地震稳定性影响较小；较高处软弱夹层在地震波峰值达到一定值时将产生能量聚集，加速度放大系数急剧增大，加速度傅立叶谱主频率减小，岩土体材料出现损伤。因此，在高烈度地震区对含软弱夹层的边坡应着重考虑上部软弱夹层对其地震稳定性的影响。