论滑坡地震力

本文评述了滑坡地震稳定性分析方法的由来,发展和存在问题。比较了基于拟静力法的边坡和滑坡地震力分析的规范,讨论了放大效应与加速度分布系数,滑坡模型的刚性与非刚性,静力与动力分析等问题。尽管拟静力法仍是滑坡地震分析的常用方法,但实际上从太沙基首先引入该方法开始,就受到包括他本人在内的学者们的质疑。特别是从20世纪70年代Seed H.B.对1971年2月9日圣费尔南多地震引发的土石坝滑坡进行了系统研究以来,在欧美等国,基于时程的动力学分析取得了明显的进展,逐渐成为滑坡地震分析的一种更为合理的方法。汶川地震后,我国新制定、修订的与边（滑）坡相关规范大多仍沿用前苏联20世纪40～50年代的《地震区建筑规范》和我国20世纪70年代颁布的《水工建筑物抗震设计规范》（SDJ10-78）采用的方法,在设计理论和实际应用上仍处于粗浅的经验阶段。作者建议应该借鉴地震工程的新理论和新方法,推动我国滑坡地震力分析的现代化和规范化,认为：正如滑坡在重力下的稳定性评价可以根据岩土体的特征,采用圆弧法和折线法两大类方法那样,在地震力作用下的稳定性分析也应进行分类：（1）对于岩质滑坡,应采用地震惯性力沿不同高度考虑放大系数的拟静力法;（2）对于均质饱水的土质滑坡,应采用循环荷载下可模拟土体液化特征的动力分析法;（3）对于堆积层滑坡,应简化放大系数,根据具体条件采用拟静力法或动力分析法。     

考虑地震作用方向的危岩稳定性研究

在危岩稳定性评价中,地震作用方向是一个极为重要的因素。为解决目前危岩稳定性评价中仅把地震作用方向假定为水平向的问题,借助函数极值理论建立了地震最危险作用方向的计算公式,并结合统计方法进行分析验证。最后,利用该公式研究了某公路隧道出口不同类型危岩的最危险地震作用方向,计算结果表明:地震最危险作用方向在347.4°~359.8°,与水平面夹角随着地震动峰值加速度增大而减小,并且当地震动峰值加速度超过0.4g,地震最危险作用方向与水平面夹角在0°~30°,此时危岩体可能产生抛射破坏。     

遗传算法在边坡地震稳定性分析中的应用

基于遗传算法和拟静力简化毕肖普法提出搜索地震作用下最危险滑动面及相应的最小安全系数的方法。阐述了应用遗传算法搜索最危险滑动面的计算过程和原理。开发了基于遗传算法的拟静力简化毕肖普数值法的计算和数据处理程序。在固定一个出逸点的情况下,分别绘制了有地震作用及没有地震作用下的安全系数分布图。数值算例表明,所建立的基于遗传算法的岩土边坡地震稳定性分析方法,是一种全局优化搜索算法,能够有效克服经典搜索方法易陷入局部极小值的缺点。从安全系数分布图可以看出,地震对安全系数分布情况影响很小,但扩大了安全系数低值区。     

考虑地震力作用的边坡水平推力计算

为了减少或者避免地震力作用下边坡破坏造成的损失,很有必要对地震力作用下边坡的稳定性和支护问题进行研究。为了计算地震作用下边坡对支挡结构的的水平推力,将地震力视为水平指向坡外的水平力,并假定边坡滑移面为直线的前提下,利用极限平衡法,推导了斜边坡与二阶竖直边坡水平推力的计算公式,并在此基础上总结出了一般边坡水平推力计算的统一表达式,可为支挡结构的设计提供水平推力。     

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,采用最小平均安全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,对某具体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。     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

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。     

关于河南灵泉寺石窟地质病害及整治方法的研究

灵泉寺石窟是 1996 年国务院公布的第四批国家重点文物保护单位。 千余年以来, 该石窟除遭受人为破坏外, 在自然营力作用下, 还产生了较严重的地质病害, 使石雕艺术品遭到不同程度的破坏, 目前面临严重的保护任务。 为此, 对地质病害进行了详细的工程地质研究和地震作用分析, 对石窟所在边坡的整治提出了建议。     

基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ,每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%～23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。     

锚杆对岩土体作用的力学本质

运用理论分析及数值计算的方法对锚杆作用力的产生机理、分布规律、及其对岩体作用的力学效应进行了探讨,结果表明,锚杆与围岩间的相对位移或相对位移趋势是锚杆作用力产生的条件;若将锚杆及其作用下的围岩看作一个整体即锚固体,则锚杆作用的力学本质可概括为提高锚固体的内聚力、弹性模量、减小锚固体的泊松比以及改善锚固体所处的应力状态,而内摩擦角并无增长的可能。     

On the stability of fissured slopes subject to seismic action

A set of analytical solutions achieved by the upper bound theorem of limit analysis and the pseudo‐static approach is presented for the assessment of the stability of homogeneous c, ϕ slopes manifesting vertical cracks and subject to seismic action. Rotational failure mechanisms are considered for slopes with cracks of either known or unknown depth and location. A validation exercise was carried out based on numerical limit analyses and displacement‐based finite‐element analyses with strength reduction technique. Charts providing the stability factor for fissured slopes subject to both horizontal and vertical accelerations for any combination of c, ϕ and slope inclination are provided. The effect of the direction of the vertical acceleration on slope stability is specifically analysed. Yield seismic coefficients are also provided. When the presence of cracks within the slope can be ascertained with reasonable confidence, maps showing the zones within the slope where they have no destabilising effect are provided. Finally, Newmark's method was employed to assess the effect of cracks on earthquake induced displacements. To this end, displacement coefficients are provided in chart form as a function of the slope characteristics. Two examples of slopes subjected to known earthquakes are illustrated. © 2016 The Authors. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics published by John Wiley & Sons Ltd.     

模拟岩石应变软化变形全过程的统计损伤本构模型研究

建立可以模拟岩石应力-应变全过程的本构模型一直是岩土工程中研究的热点之一.首先,在深入探讨应变软化类岩石受力变形全过程每个阶段特征的基础上,并针对Lemaitre应变等价性理论的不足之处,基于更合理的假定建立了能够反映应变软化类岩石体积变化以及峰后出现残余强度的新型损伤模型;然后,通过引入统计损伤理论并考虑损伤阈值对岩石变形过程的影响,建立了能够模拟应变软化类岩石受力变形全过程的统计损伤本构模型,该模型还可以反映岩石的体积变化以及初始孔隙率对其变形过程的影响;最后,通过理论计算与试验结果及他人模型的对比分析,表明了该模型的合理性与可行性.     

危岩稳定性计算新体系

地质灾害防治研究中,危岩的研究相对较为薄弱,稳定性计算模型体系不够完善。本文在五个常用计算模型的基础上,增加了后缘有贯通陡倾裂隙的滑移式、双结构面滑移式、后缘无陡倾裂隙且形似悬臂梁的坠落式、上缘岩体抗拉强度控制的坠落式四个新的计算模型,形成了危岩稳定性计算模型新体系。依托工程实例对后缘有贯通陡倾裂隙的滑移式危岩新计算模型的稳定性进行运用验证,即:基于刚体力学的极限平衡法计算求出不同工况下危岩单体的稳定性系数,再基于FLAC3D运用摩尔-库伦模型对该危岩单体进行数值模拟,计算求出其在两种不同工况的稳定系数,两种方法相互印证其可靠性。     

四川会东老虎岩尾矿坝地震反应分析

应用有效应力有限元法研究了老虎岩尾矿坝在不同坝高时的应力水平、变形和孔隙水压力分布,以及遭到Ⅶ度地震作用时的反应.分析结果表明:在当前坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于稳定状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿堆积坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土在局部已经发生液化破坏;在封库坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于极限状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土已发生大面积液化破坏.在地震作用下,老虎岩尾矿坝堆积尾矿产生液化破坏的主要原因是堆积坝体内浸润线的埋深较浅.对老虎岩尾矿坝必须加强排渗措施,使坝体内浸润线下移.     

考虑弹性模量变化的岩石统计损伤本构模型

为建立更为完善的岩石统计损伤本构模型,针对现有模型难以反映某些岩石在三轴试验条件下弹性模量随围压变化而改变的特性,从不同类型空隙对岩石变形性质的影响入手,深入分析了岩石弹性模量变化的机理,并在此基础上,依据弹性参数与岩石中未闭合裂隙数的关系建立了岩石弹性模量变化的分析方法。之后,引入统计损伤理论,考虑损伤阈值的影响和残余强度变形特征,建立了可模拟岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了基于三轴压缩试验曲线的模型参数确定方法。本文模型可反映岩石弹性模量随围压变化而改变的特性,且具备现有模型的优点,对岩石变形全过程模拟效果良好。最后,通过试验曲线与本文及同类模型理论曲线的对比分析,表明了本文模型的合理性与优越性。     

三峡库区凤城危岩稳定性评价与防治对策研究

危岩失稳是三峡库区频发的地质灾害之一。文章在研究凤城危岩所处区域的地质背景条件及危岩失稳的诱发因素基础上,分析了凤城镇危岩体的分布规律及形态特征,根据破坏模式的不同对该区危岩进行了类型划分,采用赤平投影法与极限平衡法对该区6个代表性危岩单体的稳定状况进行定性与定量分析评价,经分析判断其均处于欠稳定或不稳定状态,需进行工程治理。针对每个危岩单体的具体特征,提出了小规模清方+岩体支撑+锚固,配合地表排水及裂隙封闭的联合治理方案。     

考虑主应力方向变化的原状软黏土应力应变性状试验研究

为反映真实工程条件下主应力轴旋转应力路径引起土体性状的变化,对杭州地区正常固结原状软黏土在固结不排水的主应力轴定向剪切和主应力轴单调旋转条件下的应力-应变关系进行试验研究。研究发现,不同主应力方向的定向剪切路径下,随主应力方向变化,试样中各应变发挥程度显著不同,但破坏时的临界八面体应变变化较为稳定,且当八面体应变达到5%时,强度发挥程度已接近甚至超过90%。若剪切过程中增加了主应力幅值不变的不排水主应力轴单调旋转应力路径,只要破坏时主应力方向一致,经历与未经历主应力轴旋转试样的临界应变分量接近,但主应力轴旋转会影响加载阶段试样主应力、主应变增量方向所表现出的不共轴性,并且此影响随旋转时剪应力水平的提高而趋于显著,即使在临界破坏状态下依然明显。试验结果表明,由于土体原生各向异性、黏塑性等性质的存在,并不适宜用相关联流动法则来分析主应力轴旋转条件下土体的应力-应变关系特征。     

剩余推力法及其在斜坡稳定性评价中的应用

在总结已有研究成果的基础上,针对现有的剩余推力法计算公式中没有详细说明应如何考虑降雨的影响,以至在这一问题上目前还存在着很多模糊概念的状况,将降雨对斜坡稳定性的影响进行了系统分类,并尝试着给出了各影响因素的定量确定方法,然后在剩余推力法公式和程序中,加入了这些量化关系。将改进的剩余推力法应用于实例计算表明,计算结果符合实际情况。