依托铁道部科技研究开发计划课题“高陡边坡特殊支挡工程抗震技术研究”(编号：2008G028-D),以建设中的大瑞铁路为背景,对其沿线厚覆盖层与基岩边坡(简称基覆边坡)和厚覆盖层与顺层岩石边坡(简称顺层边坡)的多级支挡结构与边坡系统,在地震作用下的动力特性及抗震设计方法开展研究。基于大型振动台模型试验,对支挡结构的地震动力响应特性进行系统分析,并开展数值模拟验证工作。基于模型试验所采集到的动位移数据,开展支挡结构动位移模式的分析研究。基于塑性极限分析上限定理和强度折减技术,建立多级支挡结构地震动土压力的上限解,并开展多级支挡结构与边坡的地震动力稳定性分析,以及多级支挡结构抗震设计方法的研究。研究工作主要包括以下几个方面：(1)大型振动台模型试验方案设计分别设计并完成相似比为1：8的3个基覆边坡和3个顺层边坡模型。根据相似关系理论,对大型振动台模型试验的相似关系进行设计,确定模型试验相似常数,确定模型试验的相似材料及其主要物理力学参数。以汶川波、大瑞波和Kobe波作为设计输入地震波,确定试验加载方案。(2)支挡结构一边坡系统动力响应特性分析分别对上述3个基覆边坡模型和3个顺层边坡模型,在不同地震波、激振加速度峰值及其激振方向下的加速度动力响应、动土压力响应、动位移响应和锚杆动应变响应等动力特性,进行了详细和系统的分析研究。在基覆边坡模型动力特性分析中,根据试验数据对支挡结构的动力响应特性进行对比分析,并分析其抗震性能。在顺层边坡模型动力特性分析中,根据试验数据对比分析了支挡结构在不同岩层倾角下的动力响应特性。(3)支挡结构一边坡系统动力响应特性数值模拟按平面应变问题,以汶川波XZ双向加载工况为例,采用有限差分软件FLAC3D进行数值分析。在基覆边坡数值模拟中,主要针对重力式挡墙—基覆边坡的振动台试验模型,将数值模拟结果与振动台模型试验进行对比分析。在顺层边坡数值模拟中,模拟不同岩层倾角下的重力式挡墙的动力响应特性,并将数值模拟结果与振动台模型试验进行对比分析。(4)支挡结构地震动位移模式研究基于3个基覆边坡模型的大型振动台模型试验,根据各加载工况所采集到的地震永久位移响应数据,研究重力式挡墙、桩板式挡墙、格构式框架结构等支挡结构的地震动位移模式及其变化规律,得到支挡结构在地震波作用下,其动位移模式有：滑动(平动)、转动或滑动与转动的耦合等。研究认为,挡墙动位移量、动位移模式及其变化方式,不仅受激振波、激振方式和激振加速度峰值的影响,还受到挡墙结构型式、不同支挡结构组合方式的影响。此外,通过动位移模式的研究,分析不同类型支挡结构的抗震性能。(5)多级支挡结构动土压力及抗震设计方法研究结合塑性极限分析上限法和强度折减技术,对多级支挡结构地震动土压力进行分析和研究,建立基于强度折减技术的多级支挡结构地震主动、被动土压力上限解。上限解考虑水平和竖向地震系数、墙背倾角、坡面形式及多级支护方式、上挡墙对下挡墙的影响、土体粘聚力、土体与墙背的粘附力等诸多因素,可适用于无粘性土和粘性土、复杂坡面等的地震土压力计算。(6)多级、组合支挡结构与边坡系统的静动稳定性分析及抗震设计方法研究将边坡安全稳定系数直接作为岩土体抗剪强度参数的折减系数,基于强度折减技术和极限分析上限法,对锚杆挡墙支护高边坡的三种方式,进行地震条件下的动力稳定性分析,根据正交试验设计法进行参数敏感性分析,并进行抗震设计方法的研究。通过实例分析,提出抗震设计方法与建议。