加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

边坡地震稳定性分析的荷载增强分析方法

岩土边坡地震稳定性分析是岩土工程和地震工程研究的重要课题之一,本文明确区别了两种不同意义的边坡地震稳定性概念:一是按一定的抗震设防地震作用考虑,边坡现状强度与边坡强度退化到发生地震破坏时的临界强度相比较而言的储备强度稳定性;二是对于一定的边坡强度状态,使边坡发生动力破坏的地震作用与设防地震作用相比较而言的地震动力超载稳定性。考虑边坡强度退化的边坡稳定性概念已经得到普遍采用,分析方法较为熟知;而按动力超载考虑的边坡地震稳定性概念以往几乎没有提及,边坡稳定性判别标准和分析方法尚有待探讨。本文主要针对第二种边坡地震稳定性地震动力超载稳定性的衡量标准和分析方法进行了研究,提出了边坡地震动力超载稳定性评判的临界地震峰值加速度准则,并提出了边坡地震动力超载稳定性分析的荷载增强法:针对边坡的现状强度状态,由小到大逐渐增加地震作用的强度,搜索导致边坡失稳的临界地震峰值加速度,最后根据边坡临界地震峰值加速度与边坡所在区域的设防地震峰值加速度比较情况确定边坡的地震稳定性。论文采用荷载增强法对中国陕西宝鸡蟠龙塬黄土边坡地震动力超载稳定性进行了分析。结果表明,针对宝鸡地区未来50a超越概率为10%的地震动作用,该边坡具有较高的地震动力超载稳定性。     

地震作用下锚固岩质边坡动力响应研究进展与展望

锚固岩质边坡具有良好的抗震效果,为深入了解其地震动响应机制,系统梳理了地震荷载下锚固岩质边坡动力响应的国内外研究文献,论述了地震作用下岩质边坡-锚固结构体系动力特性、锚固岩质边坡动力稳定性及其动力响应影响因素.基于现有研究成果,未来可进一步分析强震或频发微震等不同地震荷载形式下的锚固岩质边坡动力演化模式;借助基于演化模式的锚固岩质边坡地质力学模型,明晰地震荷载传递规律、锚固结构力学演化特征与锚固岩质边坡动力响应特性,综合揭示岩质边坡-锚固结构体系地震动耦联作用机理;开展具有大塑性变形能力的新型抗震锚固结构设计关键技术的创新、集成与标准化,并建立新型抗震锚固结构关键技术应用示范区.      

土钉支护边坡动力模型的建立及地震响应分析

参照上部结构抗震设计的方法,对土钉支护边坡的抗震设计提出了3个水准的抗震设防要求和两阶段设计法。综合考虑输入地震波的特性、边坡土体特性、坡高因素,以及土体边坡在水平地震激励下,其位移响应主要为剪切型变形,建立了土钉支护边坡地震动力简化模型。该模型将同一水平层不稳定土体、稳定土体在水平地震作用下运动趋势假想为同步,两者之间相互作用很小,因此,取不稳定土体和面板为研究对象。由于面板很柔,其运动随着土体的运动而变化,其刚度只考虑剪切刚度,将土钉处理成弹性支座,建立了土钉支护边坡振动方程,求解了在简谐地震作用下土钉支护边坡动力响应的解析解,通过该模型可以得到滑移面附近土钉轴力动力响应和土钉支护边坡的弹性动位移响应。最后,结合案例进行了分析,比较了按此分析方法与用ADINA按弹性有限元方法计算的结果,两者吻合较好。故这种方法可用于土钉支护边坡的第1阶段的抗震分析与设计。     

基于滑移线场理论的地震作用下土质边坡稳定性分析

在土质边坡稳定性分析中,滑裂面的确定至关重要,而当前普遍采用的圆弧滑动面法会产生较大误差。采用滑移线场理论确定滑裂面,并结合动力有限单元法,提出了一种地震作用下土质边坡稳定性的分析方法。首先求出地震作用下土坡的应力场,运用滑移线场法搜索得到不同时刻土坡的临界滑移线,然后再根据临界滑移线上的应力分布求出对应于该滑移线的安全系数,以最小平均安全系数作为评价指标,实现地震作用下土质边坡的稳定性分析,最后结合工程实例,求得不同时刻的土坡临界滑移线及其对应的安全系数,并对该土坡的动力抗震稳定性进行了评价。分析表明:安全系数小于1.2的滑移线共同构成了地震作用下土坡的剪切带,与土坡的塑性区吻合,验证了文中分析方法的合理性。     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

锚固长度对加锚边坡地震动力特性的影响

现场调查发现,框架锚杆支护的边坡其地震稳定性要比采用挂主动网防护和锚喷支护的边坡优越.采用拟静力法对汶川震区内锚杆支护边坡的地震稳定性进行检算后得知,地震作用下边坡的安全系数随锚杆长度的增加而增大.利用FLAC3D分析了地震作用下锚杆长度对边坡动力特性的影响.结果表明:锚固措施能有效抑制坡表加速度的放大作用,且PGA放大系数随锚杆长度的增加而减小,但在锚杆长度相差不大的情况下,PGA放大系数差异很小.地震作用下锚杆支护边坡的水平峰值位移出现在边坡坡顶,随着锚杆长度的增加,边坡的水平峰值位移沿坡高明显减小.锚杆轴力在地震作用下放大显著,且锚杆的长度越长,其在地震作用下的轴力越小.     

西藏某水电站左岸坝肩边坡地震稳定性分析

地震作用下岩质高边坡的稳定性历来是边坡稳定性研究中的重点,难度比较大。总结了对地震边坡进行工程地质分析的方法,并结合西藏某拟建水电站所在区工程地质条件,对地震作用下该水电站的边坡的稳定性进行工程地质分析;建立数值模型,采用有限差分程序FLAC 3D对地震作用下该边坡的动力稳定性进行分析。由工程地质分析可知,该边坡在地震作用下整体处于稳定状态;拟静力法计算可知,地震对该边坡的稳定性有一定影响;通过地震动力时程分析可知,地震对边坡顶部和坡面附近的影响较大,因而这些地方危险较大;同时还分析了地震波频率、振幅对稳定性的影响以及断层对地震波传播的影响规律。      

多级边坡平台宽度对边坡地震动力响应 及破坏机制的影响

以典型工程边坡为原型,利用FLAC3D有限差分软件建立一个三维土坡模型,分析地震作用下多级边坡平台宽度对边坡动力响应特性和动力失稳机制的影响。计算结果表明,边坡设置平台可以有效地提高地震动力条件下边坡的稳定性,且平台宽度越大则稳定性越显著;PGA放大系数随着平台宽度的增大而减小。结合频谱分析得到第一级边坡坡顶的动力响应较第二级边坡坡脚的大,边坡岩土体剪应变增量和位移响应也减小;地震作用下边坡塑性区从坡脚部位向坡体内部发展,随地震持时的增加,坡顶出现拉张变形,坡面及其浅表层发生拉张剪切变形,坡体内部一定部位发生剪切变形;坡面监测点位移时程曲线表明,地震作用下边坡坡脚位移向上,发生剪出变形或破坏,坡脚和变坡点均为薄弱部位,应加强支护。研究结果对多级土质边坡抗震设计具有一定指导意义。     

黄土高边坡的三维动力稳定性分析——以固原九龙山边坡为例

针对高烈度区九龙山黄土高边坡的动力稳定性问题,调查分析了该边坡的工程地质条件和场地所在区域构造活动与分布特征。在考察动荷载循环、往复作用下黄土反应敏感性及动强度参数,以及沿坡高确定地震惯性力反应地震作用大小的基础上,将强度参数折减与有限差分方法结合,从而形成了边坡的拟静力强度折减有限差分分析方法。通过九龙山土边坡拟静力强度折减三维有限差分法计算分析,得到了强度折减条件下边坡的位移场和应力场,边坡关键点位移与折减系数之间的关系,以及黄土高边坡的动力稳定性安全系数。其分析结果与传统的二维极限平衡分析方法确定的结果基本一致,验证了边坡拟静力强度折减有限差分方法的合理性。     

地震动力作用触发的斜坡崩滑响应研究现状及展望

地震动力作用触发的斜坡崩、滑地质灾害因其巨大的致灾力引起了广泛关注,其研究主要集中在：①地震触发斜坡崩滑灾害特征和影响因素统计学分析,即从典型地震触发的大量斜坡崩滑灾害实例研究入手,从统计学角度分析地震崩滑灾害发育特征同地震参数（地震震级、地震烈度、震源深度、震中距等）和斜坡体特征（坡高、坡角、岩性、构造、水文地质条件等）之间的关系;②地震触发斜坡崩滑灾害的形成机制和动力响应特征研究,即分析地震波产生的拉压和剪切作用对斜坡体的影响及在这种作用下斜坡体发生的破坏和运动过程;③地震作用下斜坡稳定性评价和致灾预测研究,主要是评价、预测方法和技术的类别及特征。基于此阐述了该研究中存在的问题和今后的研究趋势。     

黄土边坡动力响应的影响效应研究

根据随机地震荷载作用下黄土动三轴试验的动剪切模量表达式和试验参数编制子程序,采用MSC.Marc软件建立有限元模型,并基于人工合成地震动时程对黄土边坡进行动力响应分析,研究输入地震波的卓越频率、幅值以及入射角变化,对黄土边坡位移、速度、应力的动力响应,分析对响应幅值、频谱的影响效应。由研究结果可见:边坡位移、速度等响应时程的卓越频率远小于地震输入波的卓越频率,边坡岩土介质对地震波的高频成分有过滤或吸收作用; 边坡的动力响应幅值极大的受地震输入波卓越频率的影响,对于给定的边坡,它将对包含某一卓越频率成分的地震动时程的动力响应异常强烈; 输入地震波幅值的变化,只引起边坡动力响应幅值的线性变化,不改变边坡中响应时程的频谱特征; 当地震波以一定角度入射时,边坡动力应力响应时程包含了更多的高频成分,位移和速度响应幅值随入射角的增大而减小,且越靠近坡顶减速越快,而应力响应幅值在坡顶与坡腰、坡脚处具有不同的影响规律; 另外,地震荷载作用方向的改变,还对边坡动力响应放大系数有较大影响,当作用力方向非竖直时,动力响应放大系数随地震波入射角的增大而减小。     

顺层岩质边坡地震动力响应研究

地震作用下边坡的动力响应研究是边坡动力稳定分析的基础,利用FLAC3D有限差分软件建立一个顺层岩质边坡动力数值模拟模型,对其在竖向和水平向地震耦合作用下的动力响应全过程进行研究。研究表明,地震竖向和水平向耦合作用模拟比简单的模拟水平向振动更加接近实际情况,对岩土体的破坏更大;顺层岩质边坡在耦合地震作用下存在垂直放大和临空面放大作用;坡面水平向和竖向加速度均随高程增加呈增大趋势,在结构面处增大特别明显;竖向地震波产生的水平与竖向拉裂是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素;边坡动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是：竖向加速度＞水平加速度＞竖向速度＞水平速度;耦合地震波作用下,随着av /aH的增大,坡面监测各点横向位移基本呈增大趋势,说明竖向地震作用起了重要的破坏作用。     

基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法

由人工截断边界输入地震波,通过时程积分法确定地震荷载作用下边坡的应力和变形,在人工截断边界上采用黏-弹性人工边界条件模拟地基辐射阻尼的影响。采用有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,以塑性区贯通时刻特征点的位移突变作为边坡失稳的评判标准。非线性有限元和黏-弹性人工边界条件结合运用,建立了基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法。该方法在稳定安全系数的定义上和传统的刚体极限平衡法是一致的。以十里铺水电站为工程实例,分析了库区边坡的抗震稳定性,得出了边坡动力位移时程和动力稳定安全系数,计算结果合理评价了实际工程在地震荷载下的稳定性。     

地震作用下边坡随机动力分析方法的若干进展

不确定性问题是边坡工程抗震设计所面临的巨大挑战。为此, 本文综述了近年来在边坡随机动力分析方法方面的相关研究, 并探讨了此类分析方法在边坡工程抗震设计中的应用前景。首先, 回顾了在边坡动力稳定性方面的已有研究成果, 分析了边坡工程中所涉及的不确定性问题。其次, 总结了边坡随机动力分析的流程, 引入了一种基于概率密度演化的边坡随机动力分析框架。然后重点介绍了随机动力分析中的地震动不确定性, 通过典型台站实测资料说明了地震动不确定性的存在性, 介绍了基于场地特征的随机地震动模型。在此基础上, 阐述了边坡随机动力分析的具体内容, 主要包括:(1)边坡随机动力响应分析; (2)边坡动力可靠度分析; (3)边坡地震易损性分析; (4)边坡动力失稳及风险评估; (5)边坡抗震性能优化设计等。最后, 回顾了边坡随机动力分析方法的若干进展, 分析了所取得的成果并进行了展望。总的来说, 边坡随机动力分析将确定性分析拓展到了基于完备概率集的不确定性分析, 为边坡工程抗震设计提供了一定的理论参考, 但在随机地震动模拟、多随机因素耦合、支护结构优化设计等方面仍需进一步完善。     

某核电取水隧洞洞口段及洞口高边坡抗震稳定分析

针对某核电取水隧洞工程,采用非线性的动力分析方法,用Flac3D建立大型三维有限差分模型,模拟隧洞洞口段在场址时程地震波作用下的地震响应规律,同时通过建立隧洞洞口处回填高边坡的二维有限元模型,进行洞口边坡在地震动作用下的稳定性分析,得出其边坡滑动面位置和动力安全系数时程曲线。通过场址地震波的输入,探讨隧洞洞口及边坡的结构响应特点,得出隧洞洞口衬砌内力随地震波作用的时程变化曲线,绘制隧洞衬砌内力图,同时给出隧洞洞口段高边坡安全系数。分析结果表明,隧洞洞口抗震的薄弱部位位于隧洞拱肩及边墙位置。分析方法及结论对于隧洞的抗震设计具有一定的参考价值。     

考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析新方法

提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画,并根据边坡动力反应的能量分布特征,提取持续时间统计窗,用于对上述时间序列的统计分析,以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例,应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性,研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明： （1）新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段,使分析结果更为凝练、可信。（2）通过引入边坡失效状态的模糊判别,使得可靠性评价中能够考虑模糊性,解决了以往常规方法区分度不够的问题。（3）基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景,它在内涵上体现了可靠性分析,在形式上与静力稳定系数的定义兼容,在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值,在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性,因而具有多方面的优势。（4）就本案例而言,动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面,体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计,在动力条件下仍然具有积极的意义。（5）新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。