摘要：
　　将数字图像位移测量技术和有限元数据平滑方法应用到边坡模型的振动台试验中，得到了整个振动过程的位移场和应变场，探讨了土质边坡的动力破坏模式和破坏机理。结果表明土质边坡的变形是渐进式的，坡体中部到坡脚是剪切破坏，坡顶一定深度是拉剪破坏，破坏时有深层的圆弧状滑动面，用位移时程曲线的广义曲率做为判断边坡动力破坏的物理量是可行的。
　　关键词：
　　边坡；振动台试验；应变测量；破坏机理
　　中图分类号：
　　TU47
　　文献标志码：A
　　文章编号：16744764（2014）04005706
　　在土木工程和水利工程中，有众多的自然边坡、人工边坡如堤坝、路基路堑等边坡工程。中国的许多重大工程如大型水电站、南水北调西线工程、西部山区高速公路等均处于强震区，特别是2008年汶川“5·12”地震以来，边坡动力破坏机理引起学者们的广泛关注，成为岩土地震工程领域中重要的研究课题之一。有关边坡地震的原型观测资料很少，所以室内振动台试验就成为研究地震作用下边坡动力问题的重要手段之一。Lin等[1]采用大型振动台试验研究土坡在地震作用下的响应，认为砂土边坡破坏面较浅，只是坡体表面的破坏。徐光兴等[23]通过振动台模型试验研究了混合土边坡的动力特性，并结合数值分析结果认为在强震作用下单一均质土层边坡的破坏模式仍然是沿着某一弧形潜在滑动面失稳。许强等[4]通过多组振动台试验认为均质土坡和块状岩质斜坡的动力破坏模式都是坡顶拉裂，中下部剪切滑移破坏。陈新民等[56]采用振动台试验研究了粘土边坡动力特性、动力反应和宏观变形，发现在动力作用下边坡坡顶和坡脚出现裂缝。叶海林等[7]岩质边坡大型振动台模型试验，结果表明地震滑动面为上部拉裂缝和下部剪切滑移面形成贯通的破裂面。刘君等[8]把PIV技术应用在土质边坡振动台模型试验中，获取了边坡破坏的完整过程。Wang等[9]在砂土边坡振动台试验中采用PIV技术获取了边坡表面的位移场，探讨了边坡动力失稳机理。Wartman等[1011]通过多组粘土边坡振动台模型试验研究了边坡产生的永久位移，并与基于峰值和残余强度的Newmark 公式计算结果进行了比较。Katz等[12]采用振动沙箱研究了砂土边坡破坏的类型和频率的关系。以上针对边坡的动力特性、宏观破坏现象及个别点的位移进行的研究，而没有涉及边坡的位移场，刘君、Wang等虽用PIV技术得到了整个边坡的位移场，但没有对应变场进行研究。刘振平，等：边坡动力破坏机理的振动台试验研究
　　应变是直接对含有噪声的离散位移进行差分计算得到的，那么即使微小的位移测量误差也会被急剧地放大，使计算的应变不可靠[13]。一般的数据拟合平滑方法也不能满足应变计算的精度要求，潘兵等[1314]提出了局部最小二乘拟合的应变计算方法，其原理同SavitzkyGolay平滑方法。该方法能够在一定程度上去除原始位移场的噪声，缺点是由于每个位移点都要一个计算窗口平滑，计算量巨大，并且对于非均匀应变场，应变计算窗口的大小显著影响应变的计算精度，目前还没有合适的方法来选择最佳的窗口大小。本文采用数字图像位移和有限元数据平滑技术，得到了整个边坡模型的位移场和应变场，同时探讨了土质边坡的地震破坏机理。
　　1基于有限元数据平滑的应变计算
　　数字图像位移测量技术现在已经成熟，采用互相关图像匹配技术获取位移场后，再用有限元数据平滑方法对位移场进行处理后，得到应变场。