基于振动台试验的锚索桩板墙-框架梁加固高陡基岩边坡地震特性与破坏机制研究

针对西南地区高陡基岩边坡在地震及降雨耦合作用下的稳定性问题，研究人员通过大型振动台试验对比分析了锚索桩板墙-框架梁(APFB)加固前后的边坡动力响应。研究发现APFB能显著抑制边坡变形、衰减地震高频成分，揭示边坡呈现"拉-剪"三阶段破坏模式，为复杂地质条件下边坡抗震设计提供了理论依据。

　　

【研究背景】
在西南地区复杂地质构造带，高陡基岩边坡的抗震稳定性始终是重大工程挑战。2008年汶川地震触发的5.6万处滑坡中，这类边坡占比显著。传统加固措施如单独使用锚索桩板墙或框架梁，难以应对降雨-地震耦合作用下的复合破坏。特别是当岩土体含水量增加导致强度劣化时，边坡更易发生局部失稳。为此，中国某研究团队在《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》发表论文，通过创新性的大型振动台试验，首次系统揭示了锚索桩板墙-框架梁组合结构(APFB)的抗震加固机理。

【关键技术】
研究采用1:50缩尺模型，设置自然边坡(Test 1)与APFB加固边坡(Test 2)两组对比试验。关键技术包括：(1)模拟后降雨地震工况，先施加40mm降雨再加载地震波；(2)基于希尔伯特-黄变换(HHT)的边际谱分析；(3)加速度放大因子(AAF)与累积位移量化评估；(4)结合数字图像相关技术的变形场观测。试验输入波包含0.1-0.6g多级PGA的白噪声与地震波。

【研究结果】

◆ 试验装置
模型严格还原了雅鲁藏布缝合带典型边坡地质特征，APFB结构包含间距2m的微型桩(弹性模量30GPa)与预应力锚索(初始张力1.2kN)。传感器网络包含17个加速度计和位移计，采样频率达1kHz。

◆ 试验结果
自然边坡在0.4g PGA时即出现贯通裂缝，而APFB边坡直至0.6g仍保持稳定。降雨使边坡基频降低12.7%，AAF呈现显著"高度效应"——坡顶加速度放大系数达坡脚的2.3倍。APFB使高频段(>15Hz)能量衰减达40%，证实其"高频滤波"作用。

◆ 震损识别
希尔伯特边际谱(HMS)分析显示：自然边坡破坏呈现三阶段演化——微小变形阶段(ε<0.5%)、局部破坏阶段(0.5%<ε<3%)和整体失稳阶段(ε>3%)。APFB将第三阶段触发阈值提高57%，且破坏模式从自然边坡的"上拉下剪"转变为整体协调变形。

◆ 结论
APFB通过三重机制提升稳定性：(1)框架梁约束坡体变形，减少地震惯性力效应；(2)桩-锚协同工作，使滑动体推力重新分布；(3)结构体系耗散地震高频能量。该研究为强震区边坡工程提供了经试验验证的设计范式。

【学术价值】
研究首次量化揭示了降雨对边坡动力特性的影响规律，建立了APFB加固效果的完整评价体系。特别是提出的"高频滤波"机理与三阶段破坏判据，对完善边坡抗震理论具有重要价值。成果已应用于川藏铁路等重大工程，为复杂地质条件下基础设施抗震设计提供了关键技术支撑。