框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性.pdf

Vol.45 No.2March，2024中国铁道科学CHINA RAILWAY SCIENCE第 45 卷，第2期2 0 2 4 年 3 月框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性冯海洲1,2，蒋关鲁1,2，何梓雷1,2，郭玉丰1,2，何晓龙1,2，刘先峰1,2，胡金山3（1.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031；2.西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；3.中铁第一勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043）摘要：针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题，以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型，开展几何比尺为150的振动台模型试验，分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明：降雨后坡面无局部破坏，地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏坡脚剪切溃裂坡体整体失稳滑动，边坡表现为张拉剪切型破坏；边坡峰值加速度放大系数呈层状分布，“高程效应”与“趋表效应”显著，均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大；边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合；桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关，强震作用下锚索轴力增幅显著；桩后峰值土压力近似呈三角形分布，桩体嵌固段内桩土压力最大；桩体弯矩呈“b”型分布，嵌固段内桩体峰值弯矩最大，抗震设计中应注意验算其抗弯强度；桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段，结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。关键词：隧道洞口边坡；框架梁；锚索桩板墙；降雨；地震；动力响应；振动台试验中图分类号：U459.1 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1001-4632.2024.02.13随着我国交通设施建设的高质量发展，山区铁路沿线修建了大量山岭隧道。考虑实际选线要求与山区的复杂地质环境，不少山岭隧道都采用洞口段为明洞的建设形式。在长期降雨、地震等外界因素的作用下，隧道洞口边坡容易产生落石、崩塌甚至滑坡等自然地质灾害，影响沿线铁路的安全运营1-4，甚至对人民生命财产安全产生严重威胁。为保障沿线铁路安全运营，有必要开展隧道洞口边坡动力响应特性的相关研究。相关学者通过振动台模型试验研究了洞口边坡的地震响应特性，包括斜坡破坏特征、时频响应特性、衬砌受力规律等5-8。此外，牌立芳等9研究了地震作用隧道正交下穿滑坡体动力响应规律，试验表明隧道仰拱开裂易成为薄弱破坏区。马至刚等10以海绵橡胶材料作为减震层，优化了滑坡-隧道的抗减震性能，试验表明该减震层在低强度地震作用下的减震效果较好。雷浩等11研究了隧道结构穿越边坡的动力响应特性，试验表明地震作用下隧道洞口段的加速度放大响应显著，隧道拱顶及仰拱受到的压力较大，地震附加弯矩主要集中于隧道仰拱和左侧拱腰。陈志荣等12研究了隧道洞口顺层边坡动力响应特性，试验表明隧道结构会使模型边坡的局部动力响应更强烈。预应力锚索桩板墙常用于山区高陡边坡的支挡文章编号：1001-4632（2024）02-0134-12引用格式：冯海洲，蒋关鲁，何梓雷，等.框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性 J.中国铁道科学，2024，45（2）：134-145.Citation：FENG Haizhou，JIANG Guanlu，HE Zilei，et al.Dynamic Response Characteristics of Tunnel Portal Slope Reinforced by Frame Beam and Anchor Cable Pile Sheet Wall J.China Railway Science，2024，45（2）：134-145.收稿日期：2023-02-23；修订日期：2023-11-05基金项目：科技部海外合作重大基金资助项目（2022YFE0104600）；国家自然科学基金资助项目（52378463）第一作者：冯海洲（1995），男，四川广安人，博士研究生。E-mail：通讯作者：蒋关鲁（1962），男，浙江富阳人，教授，博士。E-mail：第 2 期框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性防护工程，其中桩体锚索可以有效改善桩体的悬臂状态，减小桩体的受力变形，抗震性能较好13-15。Chen等16研究了预应力锚索支护含软弱夹层边坡的动力响应特性，试验表明锚索可有效限制桩体位移，桩体动力放大效应显著，抗震设计中宜考虑支挡结构的动力放大效应。Lin等17通过振动台模型试验与三维数值仿真，分析了抗滑桩与框架梁锚索支护的动力响应特性，结果表明桩后土压力以及锚索轴力均随着峰值加速度增加逐渐增大。Hu等18基于振动台试验研究了预应力锚索抗滑桩的动力响应特性，试验表明地震动类型、震级对桩体受力影响较大，强震作用下桩锚结合部位易产生破坏。陈建峰等19-20采用MIDAS/GTS分析了下抗滑桩预应力锚索框架支护滑坡的动力响应特性，结果表明随输入峰值加速度增加，抗滑桩分担的坡体下滑力比例逐渐增大、锚索分担的坡体下滑力比例逐渐减小。综上所述，针对框架梁与锚索桩板墙组合结构加固隧道洞口段边坡的动力响应特性研究还相对缺乏。鉴于此，以我国山区铁路沿线某隧道洞口段边坡为研究原型，开展几何比尺150的室内大型振动台模型试验。先总结降雨及雨后地震作用下隧道洞口边坡的破坏过程，再分析地震过程中边坡加速度放大效应、坡体峰值应变、桩体锚索轴力、桩后土压力与桩体弯矩的变化规律，最后通过傅里叶变换分析地震作用下桩土体的频谱特性。试验可为山区铁路沿线隧道洞口段边坡的抗震防护设计提供一定参考依据。1 模型试验设计1.1原型工点概况研究原型为我国某山区铁路沿线的某隧道洞口段边坡。原型工点上覆土层为碎石土；下覆基岩层为片麻岩（W2），密度 2 5002 700 kg m3。原型工点采用框架梁与锚索桩板墙组合加固的形式。坡面框架梁的截面尺寸为 0.4 m0.4 m，间距3.0 m（宽）4.0 m（长），嵌入边坡0.3 m，框架锚索锚固段为5.0 m，水平面夹角呈20。锚索桩板墙的桩体中心距为5.0 m，桩体长度为29.0 m，其中嵌固段为12.0 m，桩体截面尺寸为2.0 m（宽）3.0 m（长）。桩体预应力锚索长度45 m，其中锚固段为10.0 m，锚索与水平面夹角为20，锚索锁定锚固力400 kN。工点剖面图如图1所示。1.2振动台及模型箱试验采用刚性模型箱，通过模型箱底部的螺栓固定在振动台上。振动台主要组件有激振台面、液压油泵系统、水循环冷却系统、室内信号控制系统。该振动台具体技术指标见表1。考虑模型箱边界效应，边界添加厚度为5 cm的泡沫板；为减少滑动摩阻力，在模型箱两侧粘贴玻璃纸。振动台面尺寸为2.0 m（宽）4.0 m（长）；刚性模型箱为1.5 m（宽）3.7 m（长）2.1 m（高）。室内振动台面及刚性模型箱如图2所示。图1原型工点剖面图（单位：m）表1振动台技术指标台面尺寸/（mm）4.02.0最大加速度/g1.20最大负载/kN250.0最大位移/mm100频率范围/Hz0.415.0135第 45 卷 中国铁道科学1.3试验相似设计与材料制备鉴于试验材料、测试设备与技术等实际因素影响，模型试验难以保证全部满足物理相似指标要求21。根据模型箱尺寸及原型边坡的规模，确定模型几何比尺 150。根据 Buckingham 相似定律22，以几何比尺、材料重度、加速度为控制相似指标23-24，结合量纲分析法推导试验的相似比见表2。模型箱中内容物包括土体、基岩、隧道、框架梁与锚索桩板墙。采用河砂、碎石配制土体，河砂、碎石配置比例为73；土体密度2 000 kg m3，内摩擦角41，黏聚力8.89 kPa。采用水泥、早强剂、碎石、河砂、黏土以及水配置基岩23。采用微粒混凝土预制隧道、抗滑桩，满足最低配筋率要求，桩体尺寸4.0 cm（宽）6.0 cm（长）58.0 cm（高），桩间距10 cm；采用上述边坡土体作为隧道与抗滑桩间填充体，控制填筑密度1 600 kg m3。坡面框架梁采用木条制作，框架梁横截面2.0 cm（宽）3.0 cm（长），框架锚索采用磷青铜带制作，宽度2.0 cm，锚固段嵌入基岩5.0 cm，经拉拔试验满足试验锚固力要求19。采用螺纹杆模拟桩身锚杆，螺帽固定锚头，锚索超出桩体8.0 cm，嵌入基岩5.0 cm；满足锚索抗拔力依照相似定律换算桩体锚索预应力50.0 N。1.4模型填筑与仪器布设为分析桩-土体的频谱响应规律，桩体布设加速度计、微型土压力盒；为分析地震作用下边坡动力放大效应，坡体内不同部位布设水平加速度计；为监测地震作用下桩体、坡面的位移响应规律，桩体、坡面布设水平位移计；为监测土体、桩体的动应变，采用磷青铜带粘贴应变片测试土体动应变，同时在桩体上粘贴应变片测试桩体应变23。为控制填土密度，模型试验进行分层填筑，每层厚度10 cm。试验仪器布设、试验过程等如图3和图4所示。图3中：J-1J-5表示桩体加速度计；S-1S-5表示桩土压力盒；D-1D-4表示拉线式位移计；Y-1Y-20表示应变片。（a）桩体浇筑（d）模型填筑（b）桩土压力计（e）数据采集（c）桩体应变片图4试验过程表2模型试验相似比物理量长度重度响应加速度黏聚力内摩擦角泊松比相似比1 501 11 11 501 11 1备注控制量控制量控制量物理量重力加速度应力频率时间应变位移相似比1 11 501 0.141 7.071 11 50备注图2振动台及模型箱（a）试验仪器布置（b）模型俯视图图3试验仪器布置及模型俯视图（单位：cm）136第 2 期框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性1.5试验加载方案为考察不同峰值加速度、不同频率正弦波的地震响应，同时考虑坡体与桩-土的频谱特性，试验加载的地震波波形采用EL-Centro波、正弦波（频率分别为 5 和 10 Hz）25-26，如图 5所示。正弦波持时10 s，EL-Centro波持时20 s。相关文献 27 表明，水平地震是导致支护体系失效、产生滑坡破坏的主要原因，因此试验荷载加载方向为水平方向。考虑降雨影响，试验设置降雨雨后地震加载顺序：参考当地日均最大降雨量均值，地震前施加降雨量40 mm28，模型静置约90 min后，按0.1g逐级施加以上3种地震波直至模型破坏。每级地震荷载加载前均施加幅值0.08g，持时30 s的白噪声扫频29，以识别边坡在地震荷载作用下的动力特性参数变化。采用高清相机拍摄地震作用下坡体的宏观变化，分析边坡破坏规律。2 试验结果及分析为便于描述，约定试验中抗滑桩靠近隧道一侧为桩前，抗滑桩靠近边坡一侧为桩后。为简化表述，以PGA表示台面输入的峰值加速度。2.1边坡破坏过程模型降雨后坡表没有产生局部滑塌破坏，边坡整体稳定；随后逐级施加上述3种地震波，土体结构损伤直至坡体失稳破坏。模型边坡的破坏过程如图6所示，具体表述如下。1）微变形阶段当PGA为0.1g和0.2g时，边坡坡顶部分土体产生松动，但坡面各处未出现显著开裂、破坏。此时土体未产生较大震后残余变形，土体主要以弹性变形为主，边坡整体稳定。2）小变形阶段当PGA为0.3g，0.4g和0.5g时，坡顶出现显著张拉裂缝，坡脚附近框架梁处发生局部剪切破坏，部分土体向下塌落；由于框架梁锚索的加固作用，坡面仅产生了局部浅层破坏。此时边坡主要表现为弹塑性变形，随PGA增大逐渐产生较大震后残余变形。3）大变形破坏阶段当 PGA 为 0.6g 和 0.7g 时，坡顶完全张拉破坏，坡脚剪切溃裂，向下垮塌导致桩体越顶破坏，边坡上部滑体沿基岩面下滑导致坡顶两级框架锚索脱离土体向外抛出。此时边坡整体失稳滑动，处于大变形破坏阶段。（a）局部破坏（0.4g震后）（c）整体失稳破坏（0.6g和0.7g震后）（b）桩越顶破坏（0.5g震后）图6边坡破坏过程02468100.40.200.20.4加速度/g时间/s（a）5 Hz正弦波02468100.40.200.20.4加速度/g时间/s（b）10 Hz正弦波051015200.20.100.10.2幅值/g时间/s（c）EL Centro地震波图5试验加载的地震波形137第 45 卷 中国铁道科学综上，将该边坡的破坏过程概述为：坡顶张拉裂缝坡脚剪切垮塌边坡整体失稳滑动；坡体表现为张拉剪切型破坏。坡面峰值位移随台面输入 PGA 的变化如图 7所示。由图 7可知：坡面各测点的位移均随 PGA增加呈逐渐增大的趋势；当 PGA 为 0.1g 和 0.2g时，坡面各测点峰值位移变化较小，此时边坡未出现显著残余变形；当 PGA 为 0.3g，0.4g 和 0.5g时，边坡峰值位移显著增大，尤其D-2测点峰值位移最大，此时边坡产生了局部破坏，变形逐渐增大；当PGA为0.6g时，边坡整体失稳破坏，D-2测点峰值位移达最大值76.58 mm。综上，坡面峰值位移的变化趋势与边坡破坏过程发展较一致；坡面D-2测点位移响应最大。2.2加速度放大效应定义试验中坡体各测点处的PGA放大系数为加速度计峰值加速度除以台面加速度计的峰值加速度。正弦波作用下，坡顶PGA放大系数图8所示。由图8可知：当PGA相等时，10 Hz正弦波对应的坡顶 PGA 放大系数更大；随着 PGA 增加，坡顶PGA放大系数逐渐增大；当PGA为0.1g时，5 Hz和 10 Hz 正弦波对应坡顶 PGA 放大系数分别为1.01 和 1.10，前者的 PGA 放大系数较后者减小8.91%，当PGA为0.7g时，5和10 Hz正弦波对应坡顶 PGA 放大系数分别为 1.12 和 1.40，前者的PGA放大系数较后者减小25%。由此可知，高频地震荷载导致坡体动力放大效应更显著。参考雷达等30绘制 PGA 放大系数云图的方式，得到正弦波作用下边坡PGA放大系数云图如图9和图10所示。由图9和图10可知：边坡PGA放大系数表现为层状分布，PGA放大系数沿坡高0.10.20.30.40.50.60.700.20.40.60.81.01.21.41.6PGA放大系数PGA/g 5 Hz正弦波 10 Hz正弦波 图8坡顶加速度放大系数04080120 160 200 240 28055110165边坡基岩长度/cm高度/cm1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数隧道桩（a）0.1g04080120 160 200 240 28055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数（d）0.4g04080120 160 200 240 28055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数（b）0.2g04080120 160 200 240 28055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数（e）0.6g04080120 160 200 240 28055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数（c）0.3g04080120 160 200 240 28055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.021.041.061.081.10PGA放大系数（f）0.7g图95 Hz正弦波作用下边坡PGA放大系数云图D-1D-2D-3020406080100峰值位移/mm测点 0.6g-10 Hz 0.5g-10 Hz 0.4g-10 Hz 0.3g-10 Hz 0.2g-10 Hz 0.1g-10 Hz 0.6g-5 Hz 0.5g-5 Hz 0.4g-5 Hz 0.3g-5 Hz 0.2g-5 Hz 0.1g-5 Hz 图7坡面峰值位移138第 2 期框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性垂直方向、坡面水平方向均呈现逐渐增大趋势，地震作用下边坡的“趋表效应”与“高程效应”显著30，PGA放大系数随着PGA的增加逐渐增大；随着PGA增加，土体结构逐渐损伤，土体动剪切强度逐渐降低，土体阻尼比增大，产生一定摩擦耗能作用，与文献 3032 的试验结论相对应；由于逐级施加的正弦波能量强于上述土体的摩擦耗能作用，边坡逐渐产生较大动变形，动力放大效应逐渐增强；10 Hz正弦波对应的边坡PGA放大系数更大，这是由于高频地震波作用下土体阻尼较小、摩擦耗能效应更低33。2.3边坡峰值应变以5 Hz正弦波为例，按PGA放大系数云图的绘制方式绘制得到边坡峰值应变云图，如图11所示。由图11可知：当PGA为0.1g，0.2g，0.3g和0.4g时，坡顶土体-基岩界面附近峰值应变较大，0408012016020024028055110165边坡基岩长度/cm高度/cm1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数隧道桩（a）0.1g0408012016020024028055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数（d）0.4g0408012016020024028055110165长度/cm高度/cm边坡基岩1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数隧道桩（b）0.2g0408012016020024028055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数（e）0.6g0408012016020024028055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数（c）0.3g0408012016020024028055110165长度/cm高度/cm边坡基岩隧道桩1.001.081.161.241.321.40PGA放大系数（f）0.7g图1010 Hz正弦波作用下边坡PGA放大系数云图0408012016020024028055110165边坡基岩长度/cm高度/cm020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（a）0.1g04080120160200240280长度/cm55110165高度/cm边坡基岩020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（d）0.4g04080120160200240280长度/cm55110165边坡基岩高度/cm020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（b）0.2g04080120160200240280长度/cm55110165高度/cm边坡基岩020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（e）0.5g04080120160200240280长度/cm55110165高度/cm边坡基岩020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（c）0.3g04080120160200240280长度/cm55110165高度/cm边坡基岩020.040.060.080.0100.0土体剪切应变隧道桩（f）0.6g图115 Hz正弦波作用下边坡峰值剪切应变云图139第 45 卷 中国铁道科学随峰值加速度增加桩后土体峰值应变逐渐增大；当PGA为0.6g时，边坡逐渐整体失稳破坏，边坡潜在滑动区域附近土体峰值应变较大，产生大变形破坏，这与上文边坡的破坏情况较一致；由于锚索桩板墙的支护作用，地震作用下该加固区域的土体峰值应变相对较小，支挡结构可够有效遏制坡体产生深层滑动破坏，提升坡体的抗震稳定性。2.4桩体锚索轴力桩体锚索轴力峰值随输入PGA的变化曲线如图12所示。由图12可知：5 Hz正弦波作用下的锚索轴力峰值小于10 Hz正弦波作用下的，锚索轴力峰值随PGA及荷载频率增加呈逐渐增大趋势；桩体锚索轴力变化规律与边坡的动态稳定较一致，当PGA0.3g时，锚索轴力峰值变化较小，表明此时桩体主要承担桩前边坡下滑推力，锚索预应力未产生失效；当PGA为0.4g，0.5g和0.6g时，锚索轴力峰值增量较显著，锚索充分发挥张拉作用；当PGA为0.7g时，边坡整体失稳滑坡破坏，产生较大滑坡推力，10 Hz正弦波作用时锚索轴力峰值达到最大值，为137.7 N。桩体锚索轴力在强震作用下增幅显著，实际工程抗震设计应注意桩体锚索的张拉破坏。2.5桩后土压力与桩体弯矩将桩后峰值土压力定义为土压力时程曲线上绝对值的最大值，得到桩后峰值土压力随PGA的变化曲线如图13所示，由图13可得到如下结论。（1）以5 Hz正弦波为例，分析桩后土压力随PGA的变化规律：当PGA为0.1g，0.2g，0.3g和0.4g时，桩后土压力近似三角形分布，嵌固段桩后土压力最大；当PGA为0.5g和0.6g时，桩后土压力显著增加，桩后土压力整体近似呈倒三角形分布；当PGA为0.7g时，由于桩后土体产生“卸荷效应”导致桩体嵌固段以上土压力减小33，但是嵌固段的桩后土压力仍逐渐增大，表明桩体嵌固段仍存在较大抗力。此外，比较不同频率的正弦波作用下桩后土压力的差异，可知5和10 Hz正弦波作用下桩后土压力的分布形式一致，但5 Hz时的桩后土压力更大。（2）随PGA增加，桩后土体逐步转变为弹塑性状态甚至破坏，影响桩后土压力分布；同时正弦波在坡面产生临空放大效应导致桩后土压力增加，桩后滑坡推力重心上移，因此桩体受荷段土压力逐渐转变为倒三角形分布。（3）桩体嵌固段内的土压力最大，并随PGA增加逐渐增大。参考李楠等34计算桩体弯矩的方法，由下式计算地震作用下的桩体弯矩。M=WEs(1-2)/2（1）式中：M为桩体弯矩；W为钻孔桩横截面的抗弯截面系数；Es为纵向钢筋弹性模量；1和2分别为桩后、桩前测点应变，由桩身应变片测定。本次试验取 W 为 24 cm3，Es为 45.1 GPa，绘制得到桩体峰值弯矩如图14所示。由图14可知：正弦波作用下桩体峰值弯矩近似呈“b”型分布，00.10.20.30.40.50.60.70.87590105120135150幅值/NPGA/g5 Hz正弦波10 Hz正弦波图12桩身锚索轴力峰值20253035404550556002468101214161820高度/cm土压力/kPa嵌固段 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 0.7g（a）5 Hz正弦波2025303540455055600246810高度/cm土压力/kPa 0.1g-5 Hz 0.2g-5 Hz 0.3g-5 Hz 0.4g-5 Hz 0.1g-10 Hz 0.2g-10 Hz 0.3g-10 Hz嵌固段 0.4g-10 Hz（b）5和10 Hz正弦波图13桩后峰值土压力140第 2 期框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性沿桩体向下呈逐渐增大的趋势；嵌固段内的桩体弯矩最大，地震过程中桩体在上述位置处易产生弯曲破坏，实际抗震实际中应注意验算抗弯强度。随着PGA增加，桩体峰值弯矩呈逐渐增大趋势；5 Hz正弦波作用时桩体弯矩较大，这与上文桩后土压力分布规律一致，低频地震波易使土体产生较大变形，使坡体下滑坡推力更大。2.6桩-土频谱特性EL-Centro地震波作用下，桩后土压力与桩体加速度的傅里叶谱（FFT谱）如图15所示。由图15 可知：桩体加速度 FFT 谱的幅值对应频率为2.62 Hz，幅值频率主要分布在 26 Hz区间；桩土压力FFT谱频段幅值主要分布在01 Hz区间；随着PGA增加，桩体加速度、桩后土压力FFT谱的各频段幅值均逐渐增大；地震波在坡体向上传播过程中，岩土体颗粒间产生摩擦耗能吸收地震能量，由于坡体上覆土体围压应力较小，地震波向上传播过程中将会产生较大响应位移，吸收更多能量，使地震波高频段部分能量不断衰减。因此，结构动力响应主要受到地震波的低频段部分影响。248204011000.10.20.30.40.5加速度幅值/(ms2)频率/Hz J-1 J-2 J-3（a）0.1g-桩体加速度0.20.42420400.11100.20.40.60.8 S-1 S-2 S-3土压力幅值/kPa频率/Hz0（b）0.1g-桩后土压力加速度幅值/(ms2)2482040110频率/Hz00.30.60.91.21.5 J-1 J-2 J-3（c）0.3g-桩体加速度土压力幅值/kPa0.30.60.90.20.42420400.1110频率/Hz1.20 S-1 S-2 S-3（d）0.3g-桩后土压力01020304050602468101214161820嵌固段高度/cm 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 0.7g峰值弯矩/(Nm)（a）5 Hz正弦波010203040506024681012嵌固段高度/cm 0.1g 0.2g 0.3g 0.4g 0.5g 0.6g 0.7g峰值弯矩/(Nm)（b）10 Hz正弦波图14桩身峰值弯矩141第 45 卷 中国铁道科学上述 PGA 作用时，桩体加速度、土压力的FFT谱幅值如图16所示。由图16可以看出：由于地震波产生临空放大效应，桩后土体推力重心上移并逐渐增大，FFT 谱幅值逐渐增大；当 PGA 为0.7g时，土压力盒 S-2和 S-3的 FFT谱对应峰值呈降低趋势，这与上文桩后土压力的分布规律一致；桩体加速度 FFT 谱幅值随 PGA 增加逐渐增大，桩体的动力放大效应显著。3 结论（1）对于降雨后边坡坡面无局部破坏、但因雨后地震作用造成坡体失稳破坏的情况，可将其破坏过程可表述为坡顶张拉破坏坡脚剪切溃裂坡体整体失稳滑移；此时边坡表现为张拉剪切型破坏。（2）边坡PGA放大系数呈层状分布，“高程效应”与“趋表效应”较显著，随输入正弦波的频率、幅值增加而增大。（3）边坡潜在滑动区域的土体峰值应变较大，土体峰值应变分布与边坡的破坏滑动面较吻合。由于桩板墙的支挡效应，地震作用下该加固区域土体的峰值应变较小。（4）桩体锚索轴力与正弦波荷载频率、幅值呈正相关，强震作用下桩体锚索轴力增幅显著。桩后峰值土压力近似三角形分布，基岩嵌固段岩土界面附近土压力最大；PGA为0.7g时，桩后土体产生“卸荷效应”导致桩体受荷段土压力减小。桩体弯矩呈“b”型分布，在嵌固段区域的桩体峰值弯矩最大，抗震设计应注意验算嵌固段桩体的抗弯强度。（5）桩体加速度FFT谱幅值随PGA增加呈逐渐增大的趋势。强震作用下，由于桩后土体“卸荷效应”的影响，桩体受荷段部分土压力的FFT谱幅值降低。桩体加速度、桩后土压力FFT谱的幅值主要集中于低频段，结构动力响应主要受地震波的低频部分影响。参考文献1 李天斌.汶川特大地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析 J.工程地质学报，2008，16（6）：742-750.0.10.30.700.51.01.52.02.53.03.5幅值/(ms2)PGA/g J-1 J-2 J-3（a）加速度0.10.30.700.20.40.60.81.01.2幅值/kPaPGA/g S-1 S-2 S-3（b）土压力图16桩体加速度与土压力傅立叶谱峰值加速度幅值/(ms2)2482040110频率/Hz01234 J-1 J-2 J-3（e）0.7g-桩体加速度土压力幅值/kPa0.30.60.91.20.20.42420400.1110频率/Hz0 S-1 S-2 S-3（f）0.7g-桩后土压力图 15桩体加速度与土压力傅立叶谱142第 2 期框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性（LI Tianbin.Failure Characteristics and Influence Factor Analysis of Mountain Tunnels at Epicenter Zones of Great Wenchuan Earthquake J.Journal of Engineering Geology，2008，16（6）：742-750.in Chinese）2 高波，王峥峥，袁松，等.汶川地震公路隧道震害启示 J.西南交通大学学报，2009，44（3）：336-341，374.（GAO Bo，WANG Zhengzheng，YUAN Song，et al.Lessons Learnt from Damage of Highway Tunnels in Wenchuan Earthquake J.Journal of Southwest Jiaotong University，2009，44（3）：336-341，374.in Chinese）3 周德培，张建经，汤涌.汶川地震中道路边坡工程震害分析 J.岩石力学与工程学报，2010，29（3）：565-576.（ZHOU Depei，ZHANG Jianjing，TANG Yong.Seismic Damage Analysis of Road Slopes in Wenchuan Earthquake J.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29（3）：565-576.in Chinese）4 任洋，李天斌，赖林.强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验 J.岩土力学，2020，41（5）：1605-1612，1624.（REN Yang，LI Tianbin，LAI Lin.Centrifugal Shaking Table Test on Dynamic Response Characteristics of Tunnel Entrance Slope in Strong Earthquake Area J.Rock and Soil 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