哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
近断层地震动与远场地震动存在明显差异，常伴随速度脉冲及竖向位移等特
征。这种近断层效应对边坡工程的影响十分显著，极大增加了边坡失稳和坍塌的
风险。在我国西南高山地区，节理岩体边坡广泛分布且地震活动频繁，给沿线工
程建设和安全运营带来了巨大挑战。目前，边坡远场地震响应的研究已取得一定
进展，但在近断层效应方面的研究仍有待深入。因此，本文旨在通过数值模拟的
方法，研究近断层效应下节理岩体边坡的强震响应特征，并对其安全性进行评价，
以期为工程实践提供支持和指导。本文主要的研究工作如下：
(1)针对节理岩体的非连续特征，采用遍布节理本构模型表征其力学特性，实
现节理岩体边坡的简化模拟。在此基础上，从时域和频域方面分析近断层强震下
节理岩体边坡响应特征。研究结果表明，破坏最先发生于节理裂隙处，呈现出沿
着节理面的贯通，在频谱分析中出现双峰值现象，并存在一定的高程效应。
(2)采用控制变量法，探究多种因素对节理岩体边坡响应特征的影响。通过加
速度放大系数、塑性区分布特征和动位移时程分析，揭示地震动幅值、相对弹性
模量、相对节理摩擦角和相对节理粘聚力对动力响应的影响规律。研究显示，地
震加速度幅值对于边坡的动力响应分布特征具有重要的影响，相对节理摩擦角是
影响破坏模式的重要因素，相对弹性模量是影响边坡动力响应特征的重要因素。
(3)针对近断层滑冲效应、向前方向性效应和竖向效应，识别近场脉冲地震动
并提取脉冲成分，并深入研究其对节理岩体边坡地震响应的影响。详细分析节理
岩体在不同近断层效应下响应特征的变化规律，通过时频分析比较边坡变形演化
过程。研究结果显示，滑冲效应下速度响应增强最为显著，向前方向性效应下较
低坡高比处的边坡更加敏感，竖向效应下高程放大效应更加明显。边坡破坏与脉
冲作用时间和结束时刻关联性较强，并且呈现一定的时间滞后效应。
(4)采用贝叶斯优化随机森林算法，评估节理岩体边坡强震安全性各影响因素
的显著度。结果显示，地震动的加速度峰值和持时是最重要的影响因素。基于随
机森林—层次分析法，建立近断层强震下节理岩体边坡的安全性评价模型，综合
评估节理岩体边坡安全性。
本文研究对节理岩体边坡在近断层效应下的地震响应进行了深入探讨，为边
坡工程设计和风险管理提供了理论依据。该研究对于提高节理岩体边坡的抗震安
全性，保障工程安全运营具有重要的参考价值。
关键词：节理岩体；强震响应规律；近断层效应；随机森林；安全性评价
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Thenear-faultgroundmotionexhibitsdistinctcharacteristicssuchasvelocity
pulseandverticaldisplacement,whicharesignificantlydifferentfromthoseoffar-field
groundmotion.Thenear-faulteffectincreasestheriskofslopeinstabilityandcollapse,
particularlyinthemountainousregionsofsouthwesternChinawherejointedrock
slopesarewidespreadandearthquakesarefrequent.Despitesignificantresearch
achievementsinslopestability,thereremainsalackofunderstandingregardingthe
near-faulteffect.Therefore,thispaperutilizednumeric