双向地震作用下崩塌堆积体边坡动力模糊可靠性分析

考虑崩塌堆积体边坡岩土体参数随机性和模糊性,以及地震力双向性,建立一种边坡地震动力模糊可靠度计算方法,针对竖向地震力对崩塌堆积体边坡稳定可靠性的影响进行进一步研究。首先,选用动力有限元时程分析法计算出双向地震工况下崩塌堆积体边坡的响应特征,并运用模糊理论对强度参数进行模糊性处理;然后,根据Mohr-Coulumb强度准则构建边坡安全系数与可靠度的时程计算模型;最后,采用边坡地震可靠性评价新方法,通过MATLAB编写相应程序,实现计算和分析结果的快速输出。案例结果表明:新方法计算结果更加合理,对工程而言也更加安全;竖向地震作用均对崩塌堆积体边坡整体可靠性存在影响,但影响程度需根据工程实际情况进行分析。在算例工况下,竖向地震对崩塌堆积体边坡的可靠性影响很小,仅使得可靠度降低3.55%,因此,可仅考虑水平地震的影响。     

高烈度地震区岩土体边坡崩塌动力学特性研究

"5·12"汶川特大地震引发的次生山地灾害中以山体崩塌数量最多.本文在对国道213线都江堰至映秀段以及水磨支线公路边坡地震崩塌调查研究的基础上,分析总结了岩土体边坡的崩塌成灾模式、崩塌作用机理以及崩塌自组织临界(SOC)动力学特性.调查范围包括Ⅸ～Ⅺ度地震区,工点105个.对崩塌体方量、崩塌深度进行统计分析后发现,在Ⅸ度区崩塌体方量和崩塌深度都符合负幂律分布,呈现出明显的自组织临界动力学特性;而Ⅹ、Ⅺ度地震区不呈现该崩塌特性,其崩塌动力学性质受地震的强扰作用控制.     

含石量和坡度变化对土石混合堆积体的动力响应及失稳的影响

土石混合堆积体在地震荷载作用下的动力响应是研究其在地震荷载作用下失稳机理的重要指标。文中基于室内振动台模型试验,研究了含石量和坡度变化对土石混合堆积体动力响应特征的影响。试验结果表明:峰值加速度(PGA)的放大系数在水平方向随着高程的增加而增大;坡度越大时水平方向的PGA放大系数越大,而含石量越大时其对应的水平方向的PGA放大系数越小;土石混合堆积体的坡脚处竖直方向的PGA放大系数增长明显,而坡顶竖直方向的PGA放大系数有减弱的趋势;相同激振强度下,土石混合堆积体的坡度越大则坡体顶部的永久位移越大,而含石量越大则对应的坡顶位移越小;堆积体滑坡振动过程及滑动后,大粒径颗粒向下运动的速度较快,使得土石混合堆积体坡脚的堆覆具有非常明显的颗粒分选现象。文中的研究结果对于分析土石混合堆积体的含石量和坡度变化与其在地震荷载作用下的动力响应规律具有实际意义。     

地震作用下边坡稳定性分析

考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,利用动力有限元时程分析方法对边坡在地震荷载作用下的动力特性进行了分析,采用最小平均系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析。对某工程实例计算结果表明该分析方法的可行性,可为地震作用下边坡工程设计工作提供一些有益的参考。     

地震荷载作用下被动侧土压力计算方法研究

地震土压力的评价是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。以往的研究结果表明,挡墙的位移量和位移模式对于地震土压力大小和分布具有显著影响。实际工程中,地震荷载下挡土墙后填土通常处于主动和被动状态之间。经典的物部-冈部公式只能计算主动和被动极限状态下的地震土压力,未考虑填土的侧向变形对于土压力的影响。文中基于拟静力法和曲面中间滑楔体的概念,给出了挡墙平动模式时,任意侧向变形条件下的被动侧地震土压力计算方法。在此基础上采用所提方法对一典型的挡土墙系统的被动侧地震土压力进行了计算,给出了地震土压力系数的计算图表,并与基于平面滑动面假定的计算结果进行了对比,讨论了平面滑动面所导致的误差。     

管土摩擦和管径对埋地管道破坏的影响分析

如何分析管土摩擦和管径对埋地管道地震破坏的影响,是城市地下管道建设中面临的突出问题。采用AD INA软件的定义体操作来选择体类型,并应用布尔操作实现了管道与土体和断层之间的融合,得到地下管道破坏分析的几何模型。通过模型参数选择,确定了岩土性质、管道特性、断层等模型参数,定义了管土摩擦、地震荷载时间函数、断层位移荷载。依据计算结果,分析了管土摩擦和管径对地下管道地震破坏的影响,找出了提高埋地管道抵抗破坏能力的摩擦系数和管径最优值,给出了几点工程建议。     

核电厂混凝土安全壳的地震可靠性分析

本文给出了自重和地震作用下核电厂混凝土安全壳的可靠性分析方法。首先基于半解析有限环元法和随机振型分析法，用首超概率给出了给定系统参数时安全壳的条件极限状态概率，然后基于此概率用推广的一次二阶矩法求解了考虑系统参数不确定性的安全壳极限状态概率。一个预应力混凝土安全壳的实例分析表明，系统参数的不确定性对安全壳的可靠性有重要影响。     

金沙江上游贡扎村岩质滑坡发育特征及演化成因分析

以金沙江上游贡扎村滑坡为研究对象,对滑坡滑床及堆积体进行现场调查,研究结果表明:(1)该区滑坡主要受岩层层面和两组共轭节理控制,岩层倾向与坡向相反,属于反倾边坡;堆积体内块石体积较大、形状规整,大部分保留母岩产状,在物质组成和结构上与滑床基岩存在较高相似性,判断贡扎滑坡为整体倾倒滑坡。(2)滑坡规模巨大,堆积体体积约4.5×10~7 m~3,结合川藏地区金沙江流域地震活动特点,推测造成边坡大规模倾倒的主要原因是地震作用。(3)根据两级堆积体分布特点和滑坡后壁结构面发育特点,认为滑坡变形分为4个阶段:坡脚岩土体滑移、陡倾面拉裂、板梁弯曲折断和碎屑岩块堆积。地震是诱发滑坡的重要因素,坡内单一的岩性和岩层密集的节理是发生倾倒的内部原因,坡脚处岩土体滑移是倾倒发生的必要条件。     

门源M6.9地震诱发地质灾害特征研究

2022年1月8日发生的门源M6.9地震诱发了崩塌、滑坡、砂土液化、地裂缝等多种同震地质灾害。通过对门源M6.9地震地质灾害进行现场调查,得出了地质灾害的分布特征和各类型地质灾害的主要特点,分析了地震地质灾害不发育的原因,并对地震地质灾害的长期效应进行了分析预测。研究结果表明：门源地震诱发地质灾害主要分布在震中附近;崩塌、落石总体规模较小,滑坡多为岩质滑坡,且以冰碛物和表层岩土体的溜滑为主。受表层土体冻结和孔隙水压力消散的影响,饱和砂土液化沿较窄的地裂缝呈串珠状分布,喷出物多为粉细砂。地震形成了4条左旋左阶斜列的地表破裂带,并在极震区内形成了大量的地裂缝。断层破碎带对地震动的阻隔作用、覆盖层薄、地表土冻结可能是造成本次地震地质灾害总体不发育的主要原因;地震产生的大量地裂缝导致斜坡和堆积体的稳定性减弱,在耦合集中降雨、冻融作用等因素后可能诱发滑坡灾害,松散堆积于沟床处的崩滑物作为物源,可能会增加地震影响区泥石流灾害的风险。     

M5'模型树算法和无人机航拍影像在震后崩塌滑坡分析中的应用——以鲁甸M_S6.5地震为例

利用高分辨率无人机航拍影像,结合基本地质资料,分析了影响2014年8月3日鲁甸M_S6.5地震震后崩塌滑坡分布的主要因素,使用M5'模型树算法建立了崩塌滑坡密度与其影响因子间的分段线性模型,并检验了该模型的预测性能。结果表明,地震诱发的崩塌滑坡分布受断层距、岩土体结构强度、坡度、植被条件等的影响,其中,断层距、岩土体结构强度及坡度等为主要影响因素;崩塌滑坡易发生在结构破裂区及坡度为38°~50°的区域,其分布密度随断层距的增加而减小;利用M5'模型树算法建立的模型体现出崩塌滑坡分布与其影响因子间复杂的非线性关系,模型检验结果显示,理论模型与实际关联函数间的相关系数达到0.88,因此,可利用该模型预测地震诱发的崩塌滑坡的分布。     

以某桥台危岩体为例研究危岩体在地震作用时的稳定性

危岩体作为多发性的地震地质灾害,其对工程建设有着重大威胁。地震是引发危岩体破坏的一个因素。在滑移式危岩体、坠落式危岩体和倾倒式危岩体的计算中只考虑了危岩体在地震水平系数为常数的常规状态下的稳定性,而没有考虑在不同地震烈度情况下危岩体的稳定性。简要描述了危岩体的稳定性分析方法,以新疆迪那2井区主干道桥梁四号桥台的危岩体稳定性为例,着重强调了危岩体在不同地震设防水准情况下的稳定性,并进行了计算。     

Recent applications of sliding block theory to geotechnical design

The sliding block theory was proposed by Newmark for determining the permanent displacement of embankments and dams under earthquake loading. This paper highlights recent applications of sliding block theory to different geotechnical structures. The equations to determine seismic factor of safety, yield acceleration and permanent displacement are given for rock block, soil slope, landfill cover, geosynthetic-reinforced soil retaining wall, and composite breakwater. The presented equations for seismic stability degenerate to that of static stability in the absence of earthquake. The permanent displacement for various structures can be obtained from that of a horizontal sliding block through a correction factor. A simplified procedure is included for the permanent displacement under vertical acceleration. The sliding block approach is rational for design under high seismic load.     

Reliability-based load and resistance factor design approach for external seismic stability of reinforced soil walls

Load and resistance factor design (LRFD) approach for the design of reinforced soil walls is presented to produce designs with consistent and uniform levels of risk for the whole range of design applications. The evaluation of load and resistance factors for the reinforced soil walls based on reliability theory is presented. A first order reliability method (FORM) is used to determine appropriate ranges for the values of the load and resistance factors. Using pseudo-static limit equilibrium method, analysis is conducted to evaluate the external stability of reinforced soil walls subjected to earthquake loading. The potential failure mechanisms considered in the analysis are sliding failure, eccentricity failure of resultant force (or overturning failure) and bearing capacity failure. The proposed procedure includes the variability associated with reinforced backfill, retained backfill, foundation soil, horizontal seismic acceleration and surcharge load acting on the wall. Partial factors needed to maintain the stability against three modes of failure by targeting component reliability index of 3.0 are obtained for various values of coefficients of variation (COV) of friction angle of backfill and foundation soil, distributed dead load surcharge, cohesion of the foundation soil and horizontal seismic acceleration. A comparative study between LRFD and allowable stress design (ASD) is also presented with a design example.     

基于拟动力法的顺层岩质边坡稳定性极限分析

基于极限分析上限法的原理,结合随时间变化的拟动力法,考虑地震、水力和坡顶超载作用下建立含张拉裂缝的顺层岩质边坡极限分析模型,并推导出边坡安全系数的表达式。结构面采用合理的水压力分布形式,且强度参数采用非等比例折减,分析边坡前缘是否堵塞,水平和竖向地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载对边坡安全系数的影响。分析表明:边坡前缘堵塞、水平地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载的增加,降低边坡的稳定性;竖向地震系数的增加提高了边坡的稳定性。随着非等比例折减相关系数的增加,边坡稳定性显著提高。因此结构面参数的变化规律需要得到关注。     

近断层地震作用下RC框排架结构易损性研究

为研究近断层地震作用下框排架结构破坏的可能性,以某钢筋混凝土框排架结构为原型建立有限元非线性分析模型,选取16条近断层地震波及8条远场地震波,采用增量动力分析方法绘制易损性曲线。结果表明:对于远场地震,8度多遇地震及基本地震时,结构正常使用、基本使用、修复后使用、生命安全及防止倒塌五个极限状态均未超越,满足“小震不坏,中震可修”的抗震要求;8度罕遇地震时,仅超越正常使用极限状态的概率为2.08%,满足“大震不倒”的抗震要求。而近断层地震时,在8度多遇地震时结构前四个极限状态均被超越,基本地震时结构超过修复后使用的极限状态概率为16.62%,有2.40%的概率达到生命安全的极限状态,罕遇地震时接近倒塌的概率为15\^4%。研究结果可为近断层地区框排架结构地震风险评估提供参考。     

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。     

Earthquake-induced collapse mechanism of two types of dangerous rock masses

As the economy of China develops, an increasing number of key traffic projects have been undertaken in the west of China, where there are high, steep rock slopes. The collapse of dangerous rock masses, especially following a strong earthquake, is one of common geological disasters known in rock slope engineering. Therefore, it is important to study the collapse mechanism of dangerous rock masses induced by an earthquake and the analysis approach of its stability. This study provides a simple and convenient method to determine the collapse mechanisms of two types of dangerous rock masses (i.e. cantilever and upright) associated with the definition and calculation of the safety factor, which is based on the flexure theory of a constant-section beam by combining with the maximum tensile-stress criterion to depict the process of crack propagation caused by seismic waves. The calculation results show that there are critical crack depths in each form of the dangerous rock masses. Once the accumulated depth of the crack growth during an earthquake exceeds the critical depth, the collapse will occur. It is also demonstrated that the crack extension amount of each step is not a constant value, and is closely associated with the current accumulated crack depth. The greater the cumulative crack depth, the more easily the crack propagates. Finally, the validity and applicability of the proposed method are verified through two actual engineering examples.     

高层钢结构基于均匀损伤设计的整体抗震能力提高方法

本文主要研究如何通过合理设计来提高高层钢结构的整体抗震能力。首先,给出了高层钢结构的非线性计算模型;其次,建立了高层钢结构在强地震动作用下的倒塌失效模式的极限状态判别准则;然后,通过模态pushover分析,研究了高层钢结构在水平地震作用下的损伤规律;最后,重点研究了高层钢结构的整体抗震能力的提高方法,提出了均匀损伤的设计方法,该方法通过消除结构的薄弱层,来达到提高高层钢结构的整体抗震能力的目的。通过对两栋20层的高层钢框架结构进行极限时程分析和极限pushover分析,验证了文中提出的均匀损伤的设计方法的可行性。本文的工作可为高层钢结构的抗地震倒塌设计提供参考依据。     

Seismic analysis of nailed vertical excavation using pseudo-dynamic approach

An attempt has been made to study the behavior of nailed vertical excavations in medium dense to dense cohesionless soil under seismic conditions using a pseudo-dynamic approach. The effect of several parameters such as angle of internal friction of soil(Φ), horizontal(k_h) and vertical(k_v) earthquake acceleration coefficients, amplification factor(f_a), length of nails(L), angle of nail inclination(α) and vertical spacing of nails(S_v) on the stability of nailed vertical excavations has been explored. The limit equilibrium method along with a planar failure surface is used to derive the formulation involved with the pseudo-dynamic approach, considering axial pullout of the installed nails. A comparison of the pseudo-static and pseudo-dynamic approaches has been established in order to explore the effectiveness of the pseudo-dynamic approach over pseudo-static analysis, since most of the seismic stability studies on nailed vertical excavations are based on the latter. The results are expressed in terms of the global factor of safety(FOS). Seismic stability, i.e., the FOS of nailed vertical excavations is found to decrease with increase in the horizontal and vertical earthquake forces. The present values of FOS are compared with those available in the literature.