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。     

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。     

水平柔性拉筋式重力墙-坡体地震整体稳定性分析方法

为合理分析水平柔性拉筋式重力墙-墙后坡体地震整体稳定性,考虑坡顶条形均布荷载作用以及拉筋拔出和拉断两种破坏模式,采用拟静力法与分区水平条分及斜条分极限平衡法,基于Fellenius法与简化Bishop法的条间力假定,推导了相应的墙-坡地震整体稳定系数计算公式,并通过数值模拟方法对不同水平地震影响系数的情况予以验证,且讨论了墙后填土与地基土的内摩擦角及黏聚力、筋带间距、长度及其极限拉力对墙-坡地震整体稳定性的影响特征。实例分析结果表明,简化Bishop法与数值模拟得到的墙-坡地震整体稳定系数较为接近,比Fellenius法的结果约高出6%;墙-坡地震整体稳定系数随填土及地基土抗剪强度参数的增大呈近似线性增大,随筋带拉力及顶层筋带长度在一定范围内的增加呈非线性增大,随筋带竖向间距的增大呈非线性减小;理论方法与数值模拟得到的潜在滑面也较为一致。     

RT模式下地震非极限主动土压力的拟动力分析

为考虑挡墙位移效应对地震土压力的影响,依据前人试验研究的结论,将摩擦角表示为与挡墙位移量和位置高度相关的函数,然后基于拟动力法和水平层分析法,推导得出RT位移模式下的地震非极限主动土压力和合力作用点的计算表达式。计算模型可描述摩擦角沿着墙高逐渐发展的不同非极限位移状态工况,并建立了挡墙位移、地震动荷载和土压力之间的相互联系。参数分析讨论了振动时间、挡土墙位移状态、地震加速度参数和土体摩擦角对地震主动土压力分布、合力大小以及合力作用点高度的影响。相比于传统的极限状态地震土压力理论,所提方法更合理地描述了地震土压力随挡墙位移的发展过程,对发展非极限土压力理论和改进边坡工程中的抗震计算方法具有一定的参考意义。     

拟静力法边坡稳定分析的改进

拟静力法简单适用,在地震边坡稳定分析中发挥了很大作用,积累了较丰富的经验。传统上滑动体都是按竖向条分的。考虑地震惯性力时,竖向条分在计算地震惯性力和抗滑力矩时存在计算上的不合理,从而使地震惯性力与实际值有误差,抗滑力矩偏小。而考虑地基中的地震荷载时,安全系数的计算结果是不确定的,没有一个客观的最小安全系数计算结果。在分析了误差产生的机理后,对拟静力法的计算进行了改进。算例表明,改进后拟静力法计算结果是合理的。     

基于地震传播过程的滑坡动力稳定性分析

当进行滑坡地震稳定性分析时,一般对滑体取某一固定的加速度,这忽略了地震波的传播过程。滑坡在地震中破坏的根本原因是地震波在岩土体中传播时,在滑体和滑床间形成了加速度差。推导了加速度差的计算公式,以青海省玉树机场路3号滑坡为原型,以玉树机场强震观测台的实测加速度时程为动力输入,采用传递系数法计算滑坡动力稳定系数时程曲线。结果表明,天然状态滑坡的稳定系数为1.269,最小动力稳定性系数为0.962,最小平均稳定系数为1.069。滑坡的整体稳定性较好,不会形成整体失稳,但会有局部变形,与震后实测现象一致。     

地震效应下三维非均质土坡稳定性极限分析

基于极限分析上限定理,采用拟动力法研究了地震效应下非均质土坡的三维稳定性,并通过重度加大法（GIM）推导出边坡安全系数的显式表达式。此外,采用遗传算法进行优化,将所得结果进行对比验证,详细分析了地震条件下相关参数对边坡稳定性的影响。分析结果表明：边坡高度一定时,宽高比、边坡倾角的增大以及土体内摩擦角、非均质系数的减小均会造成安全系数的降低;拟静力法获得的结果相比于拟动力法较大,两种方法结果的差值会随着水平地震系数、有效内摩擦角的增大而增大,随着边坡倾角的增大而减小;土体放大系数的增大会导致安全系数减小,而地震波周期及波速的变化几乎对安全系数没有影响;滑动面轨迹受水平地震系数的影响较大,而受非均质系数的影响相对较小。     

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。     

武汉某基坑喷锚网支护稳定性分析

本文介绍了武汉某基坑工程成功采用喷锚网支护的实例.文章以基坑的Ⅶ区为例,对内部和外部稳定性进行了验算,在内部整体稳定性验算中采用了圆弧瑞典条分法,可得整体稳定性安全系数为8.9;各锚杆的抗拔安全系数分别为5.40、2.57、1.55;在外部稳定性分析中,抗滑动稳定安全系数为1.4,抗倾覆安全系数为12.3,安全性均满足要求.验算结果证明采用该支护方式可以确保基坑在开挖过程中的安全性,该工程的成功经验对武汉地区深基坑开挖支护与施工等具有一定的参考价值.     

对计算复合土钉支护整体稳定性的圆弧滑动法的改进

对计算复合土钉支护整体稳定性的圆弧滑动法进行的改进，一是考虑到滑裂面不再是一个完整的圆弧，滑动区和坑底的圆弧不具有相同的圆心和半径；二是考虑到基坑土层初始应力的影响。根据该思想计算了大量实例，并且将其与未改进的方法做比较，得出使用改进方法的稳定系数下限值。     

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。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论：相较于单楔块法,二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式,且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

Modulus and damping from shaking table tests of reinforced soil walls

The paper presents rational procedures to estimate normalised shear modulus and damping ratio from measured responses of reinforced soil model walls tested in a 1-g shaking table. Displacement measured at the top of the model walls and input base acceleration time histories are used to produce equivalent hysteretic responses of the model walls. Equivalent hysteretic loops at different strain amplitudes are developed and used to calculate normalised modulus degradation curves and damping ratio for the tested model walls. Model wall responses are also analysed using the single degree of freedom (SDOF) model to determine damping ratio and phase difference, and to verify the validity of SDOF model for application with reinforced soil walls.

Results indicate that the normalised shear modulus significantly decreased at the early stage of the base shaking (i.e. γ_s < 0.03%). For example, about 68% and 80% reductions in shear modulus occurred at γ_s = 0.005% and 0.01% respectively. In addition, a 90% reduction in the normalised shear modulus realised at relatively strong input base acceleration (i.e. for γ_s > 0.03%). Minimum damping ratio of 5% to 10% for both model walls was obtained, increased to 15% to 20% at strain amplitude γ_s = 0.3%, and reached higher values thereafter. Finally, dynamic properties determined from the proposed method are compared with experimental and empirical relationships proposed in literature as well as resonant column test results.     

Reliability and redundancy of the internal stability of reinforced soil walls

In the present study, a new methodology for reliability assessment of the internal stability of reinforced soil walls, taking into account the highly strength-redundant character of these structures, is suggested. Internal stability is probabilistically modeled as a series configuration and as an r-out-of-m configuration. Consideration of redundancy is formulated based on transitional probabilities and Markov stochastic processes. Following the suggested framework, the updated reliability of the structure, as failure propagates among the different layers of reinforcement, can be quantified. As an illustration of the developed methodology, an example of a reinforced soil wall is analyzed and results are discussed.     

Computer aided design of geosynthetic reinforced soil walls

Summary The computer aided design of geosynthetic reinforced soil walls is reported. The magnitude of tensile forces in the geosynthetic reinforcement has also been studied under external vertical and horizontal strip loads.     

刚/柔性组合墙面加筋土挡墙内部破坏机制

基于离心模型试验成果,建立软土地基刚/柔性组合墙面加筋土挡墙离散-连续耦合数值模型,采用离散单元颗粒流程序PFC和有限差分程序FLAC分别模拟加筋土挡墙和软土地基,分析挡墙的变形、筋材拉力分布及内部破坏演化过程,并与刚性地基上挡墙情况进行比较,以探讨刚/柔性组合墙面加筋土挡墙的内部破坏机制。研究结果表明,数值模型计算结果与离心模型试验结果吻合,其内部潜在破坏面经过连接件锚固端位置,各层筋材拉力均在连接件锚固端位置最大;软土地基上挡墙和刚性地基上挡墙的内部破坏面均一致,且筋材均由下而上依次断裂;软土地基上挡墙内部破坏面与地基圆弧滑移面贯通,为复合滑动模式,而刚性地基上挡墙整体破坏模式为折线型,连接件埋深范围内加筋体沿其底部连接件水平滑出。     

The KC method: Numerical investigation of a new analysis method for reinforced soil walls

Reinforced soil walls commonly include facing elements which affect the mechanical behavior of the system. However, the design procedures involved in the existing codes and manuals (e.g. FHWA, BS8006, AASHTO, etc.) do not consider the structural contribution of the facing to the wall stability. Recently, a new computer based method for the analysis of reinforced soil walls which takes into account the interaction between the facing and the soil reinforcement layers was presented [Klar A and Sas T. Rational approach for the analysis of segmental reinforced soil walls based on kinematic constraints. Geotextiles and Geomembranes 2009;27:332-340]. This method demands full compatibility between the reinforcement layers and the deforming wall, and is solved as an optimization problem on this constraint. This kinematic compatibility (KC) method entails several assumptions regarding the interaction between the three components of the system (soil, wall, and reinforcement). This paper compares the KC method to a more rigorous continuum analysis. Results show that the KC method is capable of replicating the behavior of the more rigorous system, with a good agreement on both the value of maximum tensile forces in the reinforcement and shear and bending moment distributions along the wall. The KC method has a certain advantage over continuum methods, such as finite element or finite difference, since it requires limited input data that can easily be obtained from field tests.