地震作用下堆积体边坡的坡面变形与失稳机制

地震作用下堆积体边坡的动力响应特性十分复杂,单一抗震安全系数不足以评价其动力稳定性。通过大型振动台试验,研究了连续多级地震荷载作用下,地震波的类型、卓越频率及峰值加速度对堆积体边坡坡面永久位移的影响,并初步分析其失稳机制。试验结果表明,相同峰值加速度下振动型地震波比冲击型地震波更容易产生坡面永久位移,地震波卓越频率对坡面永久位移也有重要影响;堆积体边坡在峰值加速度apeak=0.2g时开始有大颗粒石砾滚落,对应的坡面永久位移在apeak=0.2g～0.3g之间开始产生并显著增大,另外利用考虑坡面几何形态变化的改进Newmark法对坡顶的永久位移进行了估算。通过坡面永久位移评价堆积体边坡的动力稳定性有一定合理性。     

基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固三维土坡的地震位移分析方法

提出一种基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固三维平台土坡地震位移方法。基于极限分析原理,并采用"牛角型"破坏机制推导出抗滑桩加固三维平台土坡屈服加速度系数k_c的显性表达式。经参数分析,探究各因素对k_c的影响规律。结果表明:与单台阶相比,三维平台土坡更趋于稳定。由力矩平衡方程求出抗滑桩加固三维平台土坡滑动破坏时的转动角加速度,对其二次积分求出抗滑桩加固三维平台土坡的震后位移。结合工程实例探究地震对抗滑桩加固三维平台土坡地震位移的影响,并给出相应的工程建议。对抗滑桩加固三维平台土坡各影响因素进行敏感性分析,求出各影响因素对抗滑桩加固三维平台土坡稳定性的敏感性顺序,为抗滑桩加固三维平台土坡的抗震设计提供参考。     

地震作用下边坡的动态响应规律研究

以印度Koyna地震为输入动荷载,利用ABAQUS软件建立了一个均质土坡动力数值分析模型。在此基础上,分析了该地震作用下边坡的动力响应规律。结果表明,边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为1.0 m/s2,约为输入地震峰值加速度的3倍;坡顶竖向峰值加速度为0.8 m/s2,约为输入地震峰值加速度的3.2倍;在当土体发生破损以后坡体位移随地震持时的增加而增大,存在变形累积效应。研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

土坡悬臂式抗滑桩一种抗震设计计算方法

在强震动力作用下,边坡常会产生较大的永久位移,且抗滑桩锚固段顶端前侧局部地层易进入塑性屈服状态,这在传统的悬臂式抗滑桩抗震设计计算中没有给予充分考虑。基于Nemark滑块位移法和极限分析原理,提出了考虑边坡设计安全系数和地震永久位移的作用于抗滑桩上设计滑坡推力的计算方法;同时,根据锚固段地层进入塑性屈服状态的情况提出把锚固段分为塑性区锚固段和弹性区锚固段分别计算,前者按极限地层反力法采用悬臂梁模型计算,后者按照弹性地基梁模型计算,在两者界面处需满足桩体内力和变形以及地层反力的连续条件。结合一土质边坡工程算例,给出了所提出的悬臂式抗滑桩抗震设计三段分析法的具体计算过程和结果,进一步表明所提出的方法具有技术合理性和经济性。     

地震荷载下桩-锚组合结构加固边坡的位移解析

加固结构所的抗滑力常被简化为恒定值,不能反映其随时间的变化.为了更准确评估地震下桩-锚组合结构加固边坡的稳定性,引入非线性的模型,实现了抗滑力的实时更新.推导了安全系数和位移计算公式,讨论了结构系数对评估结果的影响.结果表明:（1）引入指数非线性模型后,抗滑桩和锚索力均表现出明显的时间效应.屈服加速度随结构的变形而增大.（2）地震初期抗滑桩无加固作用.随着边坡滑动,抗滑桩的力快速增长,最终起主导作用.（3）将结构的抗滑力等效为固定值虽然简化了计算,但是忽略了达到设计值所需的位移,这可能导致边坡的危险性被低估.在加固设计时,应该考虑抗滑力的变化.      

一种基于拟动力法和剩余推力法的地震边坡稳定性分析新方法

由于常用的拟静力法存在诸多局限性,将更合理的拟动力法与边坡极限平衡分析法相结合对地震边坡稳定性分析具有重要的理论和实际意义。基于拟动力法与边坡极限平衡分析中的剩余推力法,推导了考虑振动放大效应的边坡地震力求解公式及地震边坡剩余推力计算公式。在此基础上,借助MATLAB软件编写了计算地震边坡剩余推力和安全系数的程序,得到了一种拟动力地震边坡稳定性分析新方法。应用已开发的程序,通过算例分析,讨论了地震动特性、坡体材料特性、坡体几何形状、地形放大效应对地震边坡稳定性的影响。研究表明：地震边坡安全系数随输入地震动的初始相位呈周期性波动变化,且土体放大系数不会改变其波动周期;地震边坡安全系数随地震系数、土体放大系数、地震动波长与坡高比值的增大而减小;当不考虑振动放大效应时,λ/H等于2是拟动力安全系数由急剧减小到趋于稳定的转折点,λ/H值越小,拟动力安全系数与静力安全系数越接近,λ/H值越大,拟动力安全系数与拟静力安全系数越接近;当考虑振动放大效应时,拟动力安全系数可能小于拟静力安全系数,因此,无论从安全还是经济的角度出发,拟动力法都比现行的拟静力法更合理,应该是地震边坡稳定性分析的首选方法。     

基于离散元的边坡稳定性及治理措施分析

为分析矿山边坡的稳定性,通过选择最不利边坡剖面,选取合理的岩土力学参数,采用离散元软件建模分析,模拟边坡自重作用下的滑移破坏过程,基于强度折减法计算安全系数。主要得出以下结论：(1)滑坡体的最大速度约为1.442 mm/s;最大剪切位移约为0.54 m;整体位移最大值约为0.147 m;(2)边坡的安全系数仅为0.43,风化土体为不稳定的滑动体,结果表明,边坡处于不稳定状态;(3)可采用4种常用的治理措施：削坡、减重反压、设置抗滑挡墙或抗滑桩对该边坡进行加固,针对该工程边坡,建议采用削坡和抗滑桩加固的方式进行治理。结论可为类似地形地貌条件下的边坡工程稳定性分析提供参考。     

高填方滑坡抗滑桩地震动力响应分析

实践证明抗滑桩具有良好的加固效果,但高填方滑坡抗滑桩对其进行加固时,其在地震作用下的动力响应问题仍未定论。本文以晋城沁水中木亭K2+892~K3+115段高填方滑坡治理工程为依托,以SIMQKE_GR软件拟合地震设计反应谱,利用FLAC3D有限差分软件建立数值模型,对比地震作用抗滑桩设立与否不同参数条件下滑坡体的动力响应变化规律。结果表明:(1)滑坡体内加速度放大系数整体沿坡内向上呈上升趋势,相对位移随着高度的增加也逐渐增大,而速度、位移放大系数随着高度的增加逐渐减小。(2)通过加速度、速度、位移放大系数可以看出,有支档结构较无支档结构,抗滑桩的施加对减小坡面和坡体内部放大系数及抵抗坡体相对水平位移的效果显著。(3)岩土分层界面会导致相关系数出现明显的拐点,甚至系数急剧变化,而抗滑桩能抑制这种突变,使得数值变化更加平稳。(4)对本文分析模型来说,抗滑桩支护措施在地震荷载作用下降低了桩身一定范围内砂岩及泥岩的系数值,减弱顺坡下部土体的影响。     

汶川地震中唐家山滑坡稳定性研究

根据唐家山边坡滑坡前的基本地形地貌,建立相关模型,采用Mohr-Coulomb准则,利用折减强度法计算其安全系数,并分析在地震波作用下唐家山滑坡的稳定性状况。安全系数计算结果显示,边坡模型在自然状态(即只有重力作用)下的安全系数为1.46,表明边坡在自然状态下是相对稳定的。选取汶川地震最初30秒幅值较大的地震波,对边坡采用自由场边界条件进行分析计算,结果表明边坡在地震作用下将在坡面产生贯通的塑性区,这一塑性区与真实的滑坡坡体一致,由于地震加速度的作用边坡将产生较大的位移和速度,这些大的位移和速度在边坡滑坡后将产生巨大的能量,造成灾难和损失。     

考虑桩间土体抗滑作用的单排抗滑桩受力计算方法

为了充分考虑桩间距范围内滑体对抗滑桩受力的影响,从单排抗滑桩加固边坡的整体稳定角度出发,在采用传递系数法分析指定设计安全系数情况下抗滑桩的内力时,提出对一个桩间距范围内的加固坡体进行整体分析,将抗滑桩所在部位单独划分条块,该条块包括桩体受荷段及其两侧桩间距范围内的滑体。推导了与此分析模型相应的桩体受荷段底端内力计算公式,并给出了在滑坡推力线性分布条件下作用于受荷段的净滑坡推力计算表达式。分析结果显示,在不考虑与完全考虑受荷段两侧桩间距范围内滑体抗力作用时,得到是桩体内力及位移的上、下边界值。实例分析进一步表明,理论分析与数值模拟结果具有良好的一致性。所提出的方法比传统方法更有利于抗滑桩设计的经济性。     

Seismic stability analysis of soil nail reinforced slope using kinematic approach of limit analysis

Prediction of the critical seismic yield acceleration coefficient and the seismic permanent displacement of soil nail reinforced slope under seismic loading has been playing an important role in helping design in the earthquake-prone areas. In this paper, the seismic stability of soil nail reinforced slope is analyzed using the kinematic theorem of limit analysis. The log-spiral failure mechanism is considered and the corresponding analytical expressions are derived to calculate the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of slope subjected to earthquake loading. A series of calculations are carried out to illustrate the influence of inertial force on the stability of a nail-reinforced slope. Parametric studies indicate that the strength and geometry of slope as well as characteristic parameters of soil nail have a significant effect on the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of soil nail reinforced slope.     

地震作用下抗滑桩—预应力锚索框架组合结构受力机制

为了解抗滑桩—预应力锚索框架组合结构在地震作用下的受力机制,基于四川省东北部某滑坡治理工程,采用MIDAS/GTS有限元程序建立抗滑桩—预应力锚索框架数值模型,利用位移时程曲线法对加固边坡进行稳定安全系数计算,而后输入不同峰值地震加速度（peak ground accelerations,PGA）的Wolong地震波,分析了加固边坡的加速度响应、桩锚结构内力变化以及荷载分担规律.研究结果表明,加固边坡的稳定安全系数满足规范要求,在地震作用下其上部存在潜在浅层滑面,中部和下部存在潜在深层滑面,与静力条件下加固边坡的潜在滑面分布不同,这是加速度高程放大效应所致;随着输入地震波PGA增大,加速度高程放大效应明显加强,且抗滑桩桩身弯矩和剪力增大,但其最大值出现位置不变,桩身正、负弯矩最大值分别位于距桩顶约0.7L和0.4L处,最大正、负剪力分别位于距桩顶约0.9L和0.7L处,实际工程中需注意防范抗滑桩在滑面附近发生破坏;同时随着输入地震波PGA增大,桩锚承担的荷载逐渐增大,但抗滑桩分担的下滑力比例增大,而锚索分担的下滑力比例减小,故实际工程设计中不应固定桩锚荷载分担比例.      

悬臂抗滑桩加固边坡地震动力响应模型试验研究

为研究悬臂抗滑桩加固边坡的地震响应和抗滑桩桩身弯矩分布规律,利用北京工业大学结构实验室的大型振动台进行悬臂抗滑桩加固边坡模型的振动试验。在试验过程中,输入汶川地震重华镇波,记录边坡不同位置加速度的时程变化,并作对比分析,采集抗滑桩桩身的应变,用于分析桩身弯矩分布。结果表明,地震过程中边坡内部加速度自下而上逐渐放大,边坡顶部放大效果达到最大;悬臂抗滑桩的加固效应和桩间土体成拱作用使附近土体的动力响应受到限制;抗滑桩的嵌固端与悬臂部分分界面随着地震波的输入应变急剧增大,而悬臂部分随着高度增加应变减小,反映了悬臂抗滑桩弯矩的“凸”形分布规律。     

抗滑桩加固边坡三维数值分析中的几个问题

就当前抗滑桩加固边坡三维数值分析中存在的几个问题,开展了有针对性的研究。利用考虑桩-土-边坡相互作用的强度折减有限元程序,结合典型边坡算例,深入探讨了抗滑桩-边坡体系的计算模型尺度、设桩位置、桩间距（S）与桩径（D）之比（S/D）、桩长与桩底接触模式等因素对边坡稳定安全系数及临界滑动面的影响,以及不同桩头约束下抗滑桩内力分布等。研究表明,单桩取半、单桩、双桩取半、双桩、单桩加双桩取半5种尺度计算模型所得边坡的安全系数并无差异,模型尺度为0.5S时的计算工作量最小;抗滑桩加固于边坡中部可获得最大的安全系数,坡顶或坡脚处安全系数略高于无桩状态,总体上其安全系数与设桩位置的变化曲线近似为一抛物曲线;边坡安全系数随S/D的增加而减小,其最优的比值宜为S/D =2～6,此时桩间存在土拱效应;均质土坡中抗滑桩锚固深度宜为2/5桩长;其结果可为抗滑桩工程设计及规范修订提供参考。     

基于性能的组合边坡加固设计方法研究

锚索-抗滑桩组合结构是高大边坡加固的主要措施。加固设计时,传统的安全系数不能考虑地震波频谱特性的影响。为了准确的评价边坡的稳定性,开展性能设计方法的研究。基于极限分析法,推导了抗滑桩位移公式。在易损性的框架下对比了远、近场地震波的差异。结果表明:(1)将结构非线性模型引入到Newmark法可以实现抗滑力的实时更新。指数模型的评估结果更保守。(2)考虑到地震荷载存在较大的离散性,基于性能的设计方法更具合理性。易损性曲线可以用来定量分析边坡的失稳概率。(3)边坡的破坏状态与地震强度和地震动类型有关。当地震强度较低时,失效模式以轻微损坏和中等损坏为主。随地震强度增大,边坡更易发生严重破坏。近场脉冲地震具有能量大、冲击强的特点,更容易造成边坡的失稳。     

地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析

稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。     

锚固上覆红黏土岩体边坡的地震动力响应

基于云南省S214思茅-江城二级公路某一边坡,利用有限差分软件FLAC3D中动力分析模块,研究了地震作用下锚杆支护的上覆红黏土岩体边坡的动力响应。基于土体与支护结构相互作用及其协同工作,建立了三维有限差分模型,给出了阻尼和动力作用下边界的选取方法,分析了地震作用下锚杆支护上覆红黏土岩体边坡的动力响应规律,研究了在地震作用下锚杆支护边坡的抗震效果。结果表明：地震作用后各层锚杆轴力和砂浆的剪应力都有所增大,但每层锚杆轴力的增幅都各不相同,锚杆轴力沿全长分布不均匀,且各层锚杆轴力均在红黏土与基岩的交界处最大,剪应力则表现为整体增大的趋势而且最大值向坡面靠近,地震作用前、后剪应力的最小值都是在红黏土与基岩的交界处;地震作用下锚杆的支护很好地限制了边坡的变形,加大了边坡的延性,具有很好的抗震性能;边坡在地震作用下产生了永久位移;坡体内加速度在竖向随高程增加而增大;平台的设置削弱了坡面加速度的增大趋势,起到了一定减震作用。研究结论对锚杆支护边坡的抗震设计与动力分析有一定参考价值。