锚固岩石边坡地震稳定性拟动力分析

地震易发地区的锚固岩石边坡,需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡,在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下,运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明,竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定,而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定;在相同工况条件下,当岩体放大系数等于1.0时,拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几,但是,当岩体放大系数逐渐增大时,拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此,在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数,将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。     

爆破震动对土质边坡动力稳定性影响研究

采用拟静力化的惯性力法,利用改进了的条分法来计算主动土压力,并考虑爆破地震的时程效应,提出了已有边坡在爆破过程中的动力稳定性系数的新的计算方法。实例证明,所得计算结果综合考虑了爆破震动波传播过程的衰减、频谱结构及相位差等因素的影响,因此该方法在土质边坡稳定分析中与拟静力法相比更具理论基础,其结果也更接近工程实际。     

边坡地震稳定性时程分析方法

考虑到在地震过程中,边坡的稳定安全系数最小值出现在某一瞬间,用这个值评价边坡在地震荷载作用下的抗滑稳定性不太合适,提出了用最小平均安全系数作为评价指标,并给出了相应的计算方法,即利用安全系数最大振幅的0.65倍作为平均振幅来反映安全系数随地震波动变化的过程。利用最小平均安全系数对某一堆石坝的动力抗滑稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了比较。     

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。     

土石坝拟静力抗震稳定性分析与坝坡地震滑移量估算

单独采用拟静力抗震稳定性安全系数,并不能准确地评价土石坝的动力稳定性, Newmark等采用刚塑体滑移量或永久变形评价土石坝地震稳定性的建议得到了逐步认同,但土石坝地震永久变形或滑移量的估算尚缺乏合理方法。为此,将土石坝地震动力响应分析和拟静力极限平衡分析相结合,提出了合理地估算坝坡上潜在滑坡体地震滑移量的数值计算方法。首先,根据土石坝地震动力响应分析,针对圆弧滑动面和非圆弧光滑渐变曲面形式滑动面,分别采用简化Bishop法及改进的简化Bishop法计算坝坡上潜在滑动体的各个时刻拟静力安全系数。随后,对其中安全系数小于1的瞬时超载阶段,通过时间积分确定潜在滑动体的滑移量。最后,结合算例并通过具体数值计算与分析探讨了竖向地震动分量、滑坡体竖向地震响应、振动孔隙水压力等各种因素对土石坝地震位移及抗震性能的影响。     

斜坡抗震稳定性分析中拟静力法的应用研究

对各行业规范中拟静力法的计算规定进行了比较,讨论了竖向地震力对稳定系数的影响、地震加速度高度增大系数、地震作用效应折减系数等问题。研究表明,竖向地震力的破坏作用在拟静力法计算结果中无法体现,在极震山区从事斜坡抗震稳定性分析时,宜同时使用动力学分析法进行综合分析评价;采取适当提高斜坡稳定安全系数的办法考虑地震加速度沿高度的放大效应,提高幅度以0.02～0.05为宜;地震作用折减系数0.25的取值是合适可信的,在地震高设防烈度地区(α_h≥0.2g)采用DZ/T 0219-2006规范进行滑坡稳定性分析值得商榷。     

爆破动力作用下边坡稳定性的积分解法与应用

岩质边坡在爆破开挖过程中的稳定问题是一个亟待解决的重要问题。对实际工程进行监测,得到适合该地区的能反应高程效应的爆破地震波传播规律,并采用拟静力法计算爆破地震惯性力,提出边坡在爆破动力作用下稳定安全系数的新计算方法———积分法,同时使用MATLAB程序搜索边坡最危险滑裂面并计算最小安全系数。实例证明,此方法是分析边坡动力稳定性的有效方法之一。     

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现：当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际     

基于土体强度冗余法的桩锚支护结构动态稳定性分析

滑裂面的搜索方法及安全系数的计算理论是深基坑桩锚支护结构稳定性分析理论的基础。传统圆弧滑动法在分析抗滑力矩的过程中,滑裂面法向应力的计算存在过多假设;且在通过网格搜索法确定最危险滑裂面圆心的过程中,粗糙网格的搜索结果误差较大,精细网格的搜索效率较低。基于以上问题,提出了分析基坑动态稳定性的土体强度冗余法,并采用了可提高精细网格搜索效率的自适应网格搜索法。通过算例将土体强度冗余法、滑动面应力法及圆弧滑动法的计算结果进行对比。计算结果表明,滑动面应力法高估了对滑裂面附近土体的抗剪强度,圆弧滑动法不能考虑土方开挖对桩后土体抗剪强度的削弱作用,土体强度冗余法能合理反映基坑的整体稳定性。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

多点、多向地震作用下非圆弧滑面边坡稳定分析通用条分法

在地震边坡稳定性分析当中,往往采用单点地震动输入,但实际地震动是随着时间和空间变化的。为了研究边坡在多点、多向地震作用下的稳定性,地震动输入采用考虑地震动的空间时间变化特性的人工合成多点、多向地震动,并将之转化为作用于边坡上的多点、多向地震荷载,在陈祖煜院士所提出的通用条分法的基础之上,推导了适用于任意形状滑面、即满足力的平衡又满足力矩平衡的多点、多向地震作用下边坡稳定通用条分法的极限平衡微分方程,并给出了求解动力安全系数的方法,通过两个算例验证了方法的可行性。     

基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析

考虑水平地震力作用与锚框支护作用,分析微分形式的土条受力平衡,推导积分形式的滑体极限平衡,编程搜索求解相应方程组,提出一套基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法。利用本文所述方法与数值模拟方法,分别计算了某高速公路锚框支护边坡的动力稳定安全系数,两者结果基本相同。进一步探讨了平均锚固力和地震作用系数对该边坡动力稳定安全系数的影响。本文所述基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法,具有考虑因素全面、计算工作量小的优点,能够为边坡工程的初步设计,包括坡形设计、锚杆优化、抗震验算等,提供一种较为准确的简便计算手段。     

加筋土挡墙地震稳定性的拟动力分析

为研究不同筋材条件下加筋土挡墙地震稳定性,采用两种简化破裂面形式;由于拟静力法的局限和加筋土挡墙的成层特性,对水平和竖向地震力同时作用下的加筋土挡墙,运用拟动力法和水平条分法推导出其筋材拉力总和与临界破裂角的计算公式。算例分析结果表明,筋材拉力总和随着地震加速系数、回填土重度或者滑动体上部超载的增大而增大;随着土体内摩擦角或者填土黏聚力的增大而减小;当条件相同时,可延展性筋材所承受的筋材拉力总和大于不可延展性筋材所承受的。与拟静力法和规范中的方法比较,基于拟动力法的加筋土挡墙的设计也更加经济。     

加筋土边坡稳定性分析的水平条分法

加筋土是一种新型的经济可靠的边坡加固方式。针对新型加筋土边坡带来的问题和基于垂直条块划分的极限平衡方法的不足,提出了一种严格满足力与力矩的平衡的极限平衡分析方法。基于水平条块的严格条分法将滑体水平的划分成若干条块,边坡中的加筋材料产生的抗力作为附加外力作用于条块上,再应用极限平衡的思想和假设对典型条块的受力状态进行分析。根据极限平衡条件推导了边坡安全系数的隐式表达式,再通过力矩的平衡,求解条间力待定系数,进而叠代求解安全系数。说明了利用本文公式计算坡顶极限承载力的方法。该方法计算结果较经典极限平衡法结果稍大。     

基于拟静力法的不同地震工况斜坡单元危险性评价方法研究

地震造成斜坡失稳是其引起的最为显著的次生灾害,在小震频发,大震多发的现实背景下,开展不同等级地震作用条件下斜坡危险性评价对区域防灾减灾、地质灾害风险管控及国土空间规划的现实意义日渐凸显。基于拟静力法,根据斜坡所处场地类别和不同超越概率水平地震作用,对其地震动峰值加速度进行调整,确定斜坡不同等级地震作用下的综合水平地震系数,计算不同等级地震作用引起的作用于斜坡重心处的水平和竖向惯性力,以极限平衡法为理论基础,计算不同等级地震作用下斜坡稳定性系数,结合危险性指数法,计算不同等级地震作用下斜坡失稳概率和危险性指数,据此对斜坡不同等级地震作用下的危险性进行划分。结果表明斜坡稳定性系数随地震作用的增强逐渐减小,斜坡失稳概率随地震作用的增强逐渐增大,斜坡危险性指数随地震作用的增强逐渐增大,斜坡危险性亦随地震作用的增强逐渐增大。     

水平条分法下边坡稳定性分析与计算方法研究

极限平衡水平条分法较适用于成层岩土边坡,但较竖直条分法尚有不足之处。通过研究水平条分与竖直条分中条间力的关系,建立起水平与竖直条分法相对应的条间力假设条件;并针对水平条分法遇到滑动面存在弓形体时,采取水平条分和斜条分相结合的模式进行处理。在此基础上,推导出了瑞典法、简化Bishop法、简化Janbu法和Morgenster-Price（M-P）法在水平条分时的安全系数计算公式,其中,根据满足条件不同,得到了瑞典法的两种不同安全系数计算公式,并根据以往研究成果将一般简化Janbu法进行改进。当使用任意曲线和圆弧滑动面两种型式时,通过算例对比分析,验证了对水平条分法所做研究的可行性。同时,也表明了两种瑞典法得到的结果是一致的,改进的简化Janbu法在边坡稳定性分析上较一般简化Janbu法更优。     

三维加筋边坡地震稳定性上限分析

基于极限分析上限定理,考虑均匀加筋和三角形加筋两种加筋模式,采用拟静力分析方法推导了一定边坡高度条件下的三维加筋边坡临界加筋强度的计算公式。通过与已有文献结果的对比,验证了所提方法的正确性,并讨论了边坡宽高比、水平和竖向地震力系数对三维边坡稳定性的影响。结果表明:地震力作用下边坡临界加筋强度随边坡宽高比的增大而增加,但其变化速率逐渐减小,当边坡宽高比大于10时,三维边坡加筋强度与二维情况相近;随着水平地震作用的增大,三维边坡临界加筋强度呈非线性增大;随着竖向地震作用的增大,临界加筋强度大致呈线性增加,且随着坡角的增大,竖向地震作用对临界加筋强度的影响更加显著;两种加筋模式下的边坡临界加筋强度值变化规律一致,且三角形加筋模式所需的加筋强度较小,效果较优。最后,针对实际工程提出了一些工程建议。     

地震作用下土钉支护边坡震后位移分析

基于土钉弹性支座假设,考虑了地震作用时边坡滑动体实时动态滑移对土钉受力的影响,结合拟静力极限平衡法推导了土钉受力实时动态变化与边坡震后位移计算表达式,提出了一种地震作用下土钉支护边坡震后位移计算的改进方法。结合算例分析表明,考虑与不考虑土钉受力实时动态变化的两种计算方法获得的边坡水平位移时程曲线规律基本一致,皆呈阶跃式增大趋势,但考虑土钉受力实时动态变化的改进计算方法得出的震后位移较不考虑的结果小,两种方法计算结果的差异随着土坡整体稳定性的提高而逐渐减小。结合相关文献中土钉支护边坡振动台试验数据,验证了改进方法的合理性。     

Observations on the pseudostatic analysis of embankments and slopes with arbitrary seismic force inclination

A simple method for evaluating the seismic stability of embankments and slopes has been developed by modifying the generalized procedure of slices proposed by Janbu. A pseudostatic analysis is carried out. The seismic force is represented through its horizontal and vertical components, acting on the centre of gravity of the soil mass. Defining a nominal state of plastic equilibrium, the safety factor of the slope for a given value of the seismic force is obtained through an iterative procedure that converges very rapidly. Moreover, by assuming a seismic force of intensity varying from zero value (static condition) up to a limit value, depending on the seismicity of the area, one can obtain the “influence lines” of the horizontal and vertical acceleration. Finally, a directional parametric analysis has been carried out considering a seismic force of a given intensity, acting in a direction varying from 0° to 360° with respect to the vertical axis through the gravity centre of the slope. By means of this procedure it is possible to locate a “critical zone” for the slope, i.e., that one within which any seismic force can cause the failure of the slope. Moreover, it appears that it is incorrect to consider only the horizontal acceleration in the stability analyses of slopes under earthquake loading conditions, as the most dangerous direction is usually different from the horizontal one.