1、背景介绍

“十四五”规划中明确指出要实施高铁工程、高速公路、护坡堤岸、桥梁隧道等公共基础设施安全加固，稳步提升工程抗震防灾能力。

现如今，大量高铁工程、高速公路、护坡堤岸、桥梁隧道等岩土工程建在西南部的强震区，岩土边坡的地震稳定性问题日趋突出。边坡动力响应规律和破坏机制的研究作为边坡动力稳定分析的基础，是重要的先决条件。

研究区地理位置和地形特征剖面图

2、研究内容

地震作用下的边坡动力响应机制和稳定性的研究，采用物理模型试验方法中的大型振动台模型试验，可以模拟地震波直接作用于边坡的整个过程。

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，高速DIC方法搭配两台高速摄像机，对振动台加载模型边坡的破坏过程进行直观的观测。振动台模型试验以其试验规模较大、可实时再现震害现象和可操作性强等优势，被认为是目前探寻边坡震害机理最理想的研究手段。

振动台试验

振动台最大负载为4.0×104 kg，满载水平向和竖向加速度分别为1.5 g 和 1.0 g，满载峰值水平速度为 1.5 m/s、竖向速度为 1.2 m/s，最大水平位移和竖向位移分别为 300 mm和150 mm。

本次高速DIC测试试验，选取汶川地震中近断层卧龙台站记录的强震东西向（E⁃W）分量，作为振动台台面输入的动力荷载，试验激振加载方向为水平 X 向，输入的 X方向地震波可以看作是水平剪切波。

振动台系统

高速DIC方法-坡体模型

试验工况加载过程中，通过高速DIC方法，高清摄像机实时记录边坡模型的响应状态 。 基于光学测量 技术的三维数字图像（XTDIC）系统追踪地震荷载作用下边坡的位移。

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统搭配两台分辨率为200万像素的高速摄像机，采集频率为50 Hz。XTDIC三维全场应变测量系统基于双目立体视觉技术，使用两台高速摄像机采集物体变形各阶段的实时图像。通过对坡面标记点的准确识别，实现标记点的立体匹配，利用编码标记点重建表面点的三维坐标和位移，计算边坡在多期地震作用下的变形过程。

试验方案和高速DIC监测方案图

3、试验结果和分析

加速度放大效应分析

地震惯性力是导致边坡变形失稳的重要原因，研究加速度的变化规律是评价边坡动力响应的基本指标。

另外，不同的坡面形态影响地震波在坡内的传播规律，进而产生不同的地震动响应。高速DIC方法采集图像与分析表明，均匀平台宽度的边坡具有较强抵御地震破坏的能力。

模型破坏机理分析

采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统搭配的高速摄像机采集图像，DIC软件分析边坡随着地震波加速度增加的变形及破坏过程。将破坏现象分为浅层蠕滑（0.1~0.4 g）、局部拉裂（0.4~0.6 g）、加 速 变 形（0.6~0.8 g）和 整 体 失 稳（0.8~1.0 g）四个发展阶段。模型试验结果显示，变形破坏模式总体表现为滑移⁃拉裂式。

4、研究结论

新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统搭配高速摄像机，高速DIC方法可对阶梯式顺层岩质边坡变形及裂缝演化进行分析，研究在不同激振幅值下边坡的震裂损伤。

实验分析表面，均匀阶梯宽度的边坡具有较强抵御地震破坏的能力。根据边坡变形测量的震裂累积破坏过程，将破坏现象分为四个发展阶段，边坡变形破坏模式总体表现为滑移拉裂式。

案例摘自：【信春雷，成都理工大学环境与土木工程学院，近断层地震动对阶梯式顺层岩质路堑边坡震裂损伤的作用机制】