边坡地震动力稳定性研究进展

回顾了我国边坡地震动力响应规律研究的发展历程,分析了边坡动力响应在边坡剖面上分布的节律性特点,简述了边坡动力失稳机制问题。对分散在大量相关文献中的边坡地震稳定性分析方法进行了归纳,按研究手段和分析原理2个方面进行分类,介绍了当前边坡地震稳定性分析的若干方法,并指出了各种方法的优势与不足。在此基础上,总结了当前边坡地震动力学研究中存在的若干问题,指出了形成以区域地震作用参数为准则的边坡地震动力稳定性评价体系对地震地质灾害的评估预测意义重大,指明了今后的研究方向。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

边坡地震稳定性分析探讨

传统的拟静力法和安全系数时程分析法在评价边坡地震稳定性时存在一定的局限性。在提出准确的评价边坡地震稳定性必需因素的基础上,建议对边坡地震稳定性分析方法重新进行分类。根据动力分析得到的边坡在地震作用下的破坏机制和破裂面的性质和位置,提出基于拉-剪破坏的动力时程分析法和强度折减动力分析法。第一种方法将FLAC计算得到破坏时刻的动应力施加到静力情况下边坡上,采用动力分析得到的拉-剪破裂面,结合极限平衡法求解边坡地震安全系数,是一种改进的动力有限元时程分析法;第二种方法考虑了拉-剪破坏的FLAC强度折减动力分析法,是完全动力的方法。最后通过算例分析验证了新方法的可行性,为边坡地震安全系数计算提供了一种新的思路。     

地震作用下边坡稳定性研究进展

对地震作用下边坡的稳定性评价和加固措施2个安全性问题,分析总结了近年来国内外地震作用下岩土边坡稳定性的分析方法及研究成果。对各种方法的优缺点进行比较和评述,指出了当前地震边坡稳定性分析研究中存在的问题,进一步阐述今后的研究方向。     

岩土边坡地震稳定性分析研究评述

回顾了岩土边坡地震稳定性分析研究中的若干重要问题的研究进展，包括边坡岩土体地震反应分析方法、边坡岩土体的动力特性和强度准则及参数测试、边坡地震失稳机理与失稳位置、边坡地震稳定性评价指标与安全标准、边坡地震动输入和边坡地震稳定性评价指标的计算精度，还作了简要评述，指出存在的问题并提出今后的研究方向。     

土质边坡地震动力响应特性分析及稳定性评价

地震触发滑坡是一种常见的地震次生灾害。据相关研究显示,全球范围的滑坡带分布与地震带的分布具有惊人的一致性,可见地震对引发滑坡的作用之大。因此,边坡在地震作用下的稳定性研究成为了一个倍受相关专家关注的问题。由于边坡自身材料性质的不确定性,尤其是土质边坡,导致在原本复杂的地震作用下的研究变得更加困难。为解决这一问题,本文以土质边坡为研究对象,综合考虑土坡自身和地震动两方面特性来分析评价土坡的地震动力响应规律和稳定性。主要研究成果如下:(1)地震动特性对边坡稳定性的影响规律研究。选取不同幅值、频谱和持时的地震动加速度时程作为荷载输入,模拟分析不同地震动特性对土质边坡响应的影响规律,分析结果表明,幅值、频谱和持时地震动三要素对土坡稳定性均有重要影响;(2)地震作用土质边坡类型划分的研究。利用层次分析法确定影响地震边坡各因素的作用权重,并选取权重较高的影响因素作为划分依据,将地震作用土质边坡类型综合划分为4类。每个类型中又根据坡度的不同划分为缓坡、缓陡坡、陡坡和急坡4个小类;(3)基于有限元强度折减法,本文对土质边坡地震作用下稳定性状态判定方法进行了研究。定义了等效塑性应变区贯通程度的概念,建立了等效塑性应变区贯通程度与边坡安全系数的对应关系,并提出利用等效塑性应变区贯通程度作为边坡稳定性判断依据的方法;(4)地震作用下各类土质边坡稳定性评价与预测应用分析。模拟计算了不同地震动作用下各类土质边坡的稳定性,应用论文提出的方法对各类土质边坡的地震危险性进行了评价与预测,并选取实际发生的地震滑坡与本文预测评价的结果作对比,验证了本文预测评价结果的准确性。     

堤坝边坡地震反应数值模拟平台与计算方法

首先,介绍了基于Open Sees独立开发的一套边坡地震反应与稳定性分析三维有限元计算软件Slope SAR;借助该计算平台建立了均质黏土边坡三维有限元动力分析模型。模型中选用土的多屈服面弹塑性本构模型模拟黏土的动力属性,沿振动方向的人工截断边界使用我们提出的动力自由场边界处理;据此,在模型基底输入El Centro地震波进行边坡地震反应分析。基于此,进一步讨论了坡顶局部负载与输入地震动特性对边坡地震响应的影响。结果表明,边坡对输入的地震动沿坡面起到放大作用;随着局部均布荷载长宽比逐渐增大,边坡地震响应以局部负载与地震动共同控制为主;边坡对输入地震动的低频分量存在放大作用,且对处于边坡自振频率附近的地震波放大作用特别明显;输入地震波特性对坡肩加速度傅氏谱峰值影响不大。应该说,Slope SAR有助于进一步开展各类边坡地震反应规律及失稳机制的研究。     

地震波对边坡稳定性的影响及其分析方法

介绍了目前地震作用下边坡稳定分析常用的拟静力法、时程法和边坡动力安全度法,通过对这3种方法计算结果的对比分析,表明边坡动力安全度法能更准确地判断边坡的动力稳定性;应用边坡动力安全度法分析了地震作用频率和振幅对边坡稳定性的影响,结果表明频率和振幅对边坡的稳定性有较大影响,动安全系数随着频率的增大而增大,其增幅逐渐减小;随着振幅的增大而降低,其降幅也逐渐减小.     

强震作用下某水电站高陡边坡的动力响应分析

基于ANSYS软件,对地处地震高烈度区域的西南某水电站引水隧洞洞脸高陡边坡进行三维动力分析,研究高陡边坡在地震作用下的动力响应特征。结果表明:在50年超越概率5%的罕遇地震荷载作用下,引水隧洞洞脸边坡对加速度的放大效应较对位移的放大效应更明显;边坡表面在地震作用期间会产生瞬时拉应力;坡顶开挖侧的地振动加速度较坡顶中央放大效应明显;在高程为94.8 m处的古风化壳和页岩的露头面可能会发生顺层滑动和破坏;边坡整体上可以经受住强震地震动的考验。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移研究

Newmark永久位移是评价边坡在地震时稳定性的一个重要指标,近年来广泛应用于地震边坡危险性评价中。传统Newmark永久位移法在计算临界加速度时假定其为常数,未考虑滑动面上抗剪强度参数的变化,过低估计了边坡的永久位移。为了解决这一问题,本文从岩土结构理论获得思路,详细分析滑块底面抗剪强度参数在地震中的变化过程,以边坡震动过程中黏聚力逐步丧失为基本思路,在黏聚力符合一定概率分布的基础上,提出了一种利用蒙特卡罗法模拟其动态减小过程从而实现临界加速度动态变化的计算方法。经过算例计算,黏聚力和临界加速度体现了地震过程中边坡滑块黏聚力和临界加速度的动态变化,位移大小符合地震边坡实际位移的常规数值。本文提出的蒙特卡罗法实现动态黏聚力和动态临界加速度的计算过程与地震时程相对应,不仅在一定程度上解决了抗剪强度参数的动态变化问题,还解决了传统Newmark位移计算中永久位移比实际位移偏小的问题。     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题。本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素。将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱值,研究边坡几何形态对边坡地震响应的影响。结果表明,坡高对坡面的速度放大影响明显,坡角对坡面加速度放大效果较强,而不同的坡面形状会造成不同的加速度响应规律,凹面坡加速度放大效果更小一些。该研究有助于地震边坡的稳定性分析并为边坡工程的抗震设计提供参考。     

Assessment of the vertical distribution on seismic ground motion

It is very important for the facilities such as nuclear power plants to infer seismic force loading on the earthquake stability assessment of the building foundation and the surrounding slope. The purpose of this paper was to propose a method to evaluate underground seismic coefficients, taking into account dynamic response along the depth in horizontally multi-layered ground. The dynamic property of the seismic coefficient was analyzed on the basis of earthquake records observed at hard and soft rock sites mostly found in Tertiary deposits and sedimentary ground sites of the Pleistocene and Holocene epoch. The evaluation methods of a vertical distribution on underground seismic coefficients were proposed for a few calculation methods on the classified layered ground. Extended evaluation for underground seismic coefficients was confirmed with respect to some multi-layered ground during strong motion.     

基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性研究

顺层岩质边坡的抗震性指标大部分都是非确定的,无法用固定阈值衡量。提出基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性性能研究,将顺层岩质边坡看作若干个叠加的薄板;运用非确定性分析法计算各个薄板的动力安全系数和动力极限状态方程,并对顺层边坡动力极限状态方程进行求解,可得在地震作用力下顺层边坡动力可靠度指标与顺层边坡失效概率之间的关系;评估地震作用力下顺层边坡整体稳定性,同时综合考量顺岩边坡的最小平均安全系数以及平均失效概率,得出评估结果。实验结果显示,在地震作用力下,顺层边坡坡高、坡角、岩层倾角对顺岩边坡抗震性能影响显著,评估结果与实际结果一致。     

黄土湿载结构性模型在黄土边坡动力稳定性分析的应用

土的结构性是土颗粒空间排列和粒间粘结综合作用所表现出来的力学效应。在地震荷载作用过程中,天然土边坡的结构性参数主要体现应力和变形的共同作用,反映地震荷载作用过程中应力和变形的协调关系及结构性土的结构损伤过程(即抗剪强度参数的变化规律)。首先通过分析认为用结构性参数来定量判断地震荷载作用过程中黄土边坡的稳定性更具合理性,其物理意义更明确;其次通过分析黄土地区某一天然边坡在Ⅸ度地震烈度作用下的黄土边坡动力稳定性,验证结构性参数作为边坡稳定性分析判据的可行性,且这一方法能定量地确定边坡滑动面的位置及所对应的安全结构性参数。     

基于拟动力法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

地震力作用下土质边坡动态稳定性研究对实际边坡工程有着重要的意义。采用拟动力法结合简化毕肖普法研究坡顶抗滑桩加固土质边坡在地震力作用下的动态稳定性。尽管拟静力法是目前处理地震力最为广泛的方法之一,但其局限性在于无法考虑地震力随时间变化且忽略了地震波在土体中的传播。而拟动力法采用正弦波模拟地震波在土中传播,并考虑地震波从坡脚传递到坡顶的相位差以及阻尼力对边坡稳定性的影响,通过边坡安全系数的变化揭示土质边坡在地震力作用下的稳定性变化规律。将得到的结果与拟静力法进行对比,突出了拟动力法的优势。最后,考虑水平地震加速度系数、加速度幅值放大系数以及土体内摩擦角对边坡稳定性的影响,以期对实际工程提供理论借鉴。     

基于严格条分法的拟动力地震边坡稳定性分析方法研究

将拟动力法基本原理与极限平衡法中的严格条分法(Sarma法)相结合,推导边坡地震力和安全系数的计算公式;在此基础上,基于Python语言开发相应的计算程序,实现一种考虑波动效应的、适用于任意滑面形状和任意滑块条分的拟动力地震边坡稳定性分析新方法;同时,探讨地震动特性和结构面强度对边坡地震稳定性的影响。研究表明：随着地震波初始相位的变化,边坡的安全系数呈现周期性的波动变化,且存在最小安全系数;边坡安全系数随着地震动幅值和地震波波长/坡高比的增大而减小;当滑块结构面抗剪强度参数下降时,边坡安全系数随之减小。此外,通过波动理论揭示拟静力法与拟动力法的区别与联系：当地震波波长与坡高比大于10时,两种方法的结果基本一致;当地震波波长与坡高比小于10时,拟静力法所得结果比拟动力法保守,拟动力法更合理。     

温控参数折减有限元法在拟静力土石坝坝坡稳定分析中的应用

土石坝的拟静力计算与温控参数折减有限元法相结合,对土石坝边坡稳定性进行有限元计算与分析。按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)的规定,依据坝高动态分布系数施加水平等效地震惯性力,然后用温控参数折减有限元法确定土石坝边坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。结果表明:采用此法进行拟静力土石坝边坡稳定分析与传统的Bishop法相比,计算结果相一致,且可以反映土石坝的应力、应变和整个边坡破坏发展过程。     

Interaction of foundation−structure systems with seismically precarious slopes: Numerical analysis with strain softening constitutive model

This paper studies the combined effects of earthquake-triggered landslides and ground shaking on foundation−structure systems founded near slope crests. Plane-strain nonlinear finite element dynamic analyses are performed. The soil constitutive model is calibrated against published data to simulate the (post-peak) softening behavior of soil during a seismic event and under the action of gravitational forces. The plastic shear zones and the yield accelerations obtained from our dynamic analyses are shown to be consistent with the slip surfaces and the seismic coefficients obtained by classical pseudostatic limiting equilibrium and limit analysis methods. The foundation and frame columns and beams are modeled as flexural beam elements, while the possibility of sliding and detachment (separation) between the foundation and the underlying soil is considered through the use of special frictional gap elements. The effects of foundation type (isolated footings versus a rigid raft) on the position of the sliding surface, on the foundation total and differential displacements, and on the distress of the foundation slab and superstructure columns, are explored parametrically. It is shown that a frame structure founded on a properly designed raft could survive the combined effects of slope failure and ground shaking, even if the latter is the result of a strong base excitation amplified by the soil layer and slope topography.