Probabilistic evaluation of seismically induced permanent deformation of slopes

A probabilistic approach that can systematically model various sources of uncertainty involved in the assessment of seismically induced permanent deformations of slopes is presented. This approach incorporates probabilistic concepts into the classical-limit equilibrium and Newmark-type deformation analysis and the risk of damage is then computed by Monte Carlo simulations. The spatial variability of the material properties and the uncertainty arising from insufficient information are treated in the framework of random fields. The uncertainty of seismic loading is modeled by generating a large series of hazard-compatible artificial motions. This approach provides a consistent level of risk within the time period of interest. The results of the case analyses show that the uncertainty of the soil properties can have a significant impact on the computed risk of failure for a slope with spatially correlated soil properties exposed to relatively low levels of seismic hazard (RMS<0.1–0.2 g); however, it appears to have little impact on the computed risk if the slope is exposed to relatively high hazard levels (RMS>0.1–0.2 g).     

Application of distinct element method in dynamic analysis of high rock slopes and blocky structures

Comprehensive studies on the dynamic behaviours of a high rock slope of the Three Gorges shiplock and a blocky arch structure are performed using the distinct element method (DEM). Some additional functions have been incorporated into the current DEM code, including a scheme of non-uniform seismic input on the boundaries and an improved triangular mesh generator for deformable elements. Parameters from the field and laboratory tests of the project are used in the analysis of the shiplock slope. Comparisons between the DEM results and the field measurements under the excavation unloading process are made and the good agreement obtained demonstrates the effectiveness of the DEM for predicting the deformation process of the slope. The above examples of the high rock slope and the blocky arch demonstrate that the effects of different earthquake input, input mechanism and parameters on the dynamic response behaviours and collapse pattern of the systems are significant.     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

基于振动台试验的黄土塬边斜坡变形失稳模式研究

以甘肃省平凉市的典型黄土塬斜坡为原型,开展含裂隙黄土塬边斜坡与不含裂隙黄土塬边斜坡的振动台对比模型试验,研究不同强度地震作用下两种黄土斜坡的变形失稳特征.结果表明:两种不同结构的斜坡在不同强度地震作用下的破坏特征显著不同,裂隙的存在降低了含裂隙斜坡的抗震稳定性.随着输入地震波幅值的增加,含裂隙斜坡的变形破坏过程为:坡顶...     

GPS在山区滑坡变形监测中的应用

山区滑坡的稳定性一直是倍受关注的一个重要安全问题。本文讨论了滑坡位移传统监测方法的缺陷和新型的基于GPS的自动监测技术所具有的独特优势,介绍了适用于山区公路滑坡位移监测的高精度的GPS技术。实践表明,采用GPS技术进行山区滑坡的稳定性监测,具有可操作性更强、精度更高、不受气候条件约束以及高度自动化等优点,能够为预测边坡可能出现失稳破坏的部位和变形破坏时间提供更可靠的监测资料,因而GPS监测技术值得在山区滑坡的变形监测领域中推广使用。     

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中.以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响.节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏.上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据.     

多点输入条件下的土质边坡地震反应

以二维土质边坡模型为例,地震输入方式分别采取单点输入和多点输入,考虑其土层地震反应、主应力极值等特征,分析单点、多点输入的差异;在此基础之上,探讨单点输入与多点输入下坡高、坡角的变化对土质边坡模型安全系数的影响。结果显示,在地震工程抗震设计时采用多点输入比单点输入更加安全、更符合实际情况。     

地震作用下黄土边坡动力响应的时频特征分析

地震作用下黄土边坡的动力响应特征与变形失稳机制是具有重要理论与实践意义的课题,但从动力响应频谱特性方面开展的研究还相对较少。以大型振动台模型试验获得的黄土边坡地震动峰值加速度数据为基础,通过分析其变化规律,着重从频谱特性的角度分析,讨论黄土边坡的动力失稳机制。进一步通过对坡面不同高程测点、边坡内部垂直方向以及水平方向上测点的加速度时程进行绝对加速度反应谱分析,从频谱变化角度提出黄土边坡的动力失稳机制。研究表明,黄土边坡在地震动作用下的响应过程可以分为三个阶段：弹性阶段、塑性阶段与破坏阶段;黄土边坡进入破坏阶段时均会伴随反应谱峰值的增幅或者主周期的变化,在弹性阶段反应谱加速度峰值增幅与输入地震动幅值增幅一致,进入塑性阶段后反应谱峰值增幅比输入地震动幅值增幅小;研究提出将反应谱首峰的凸显情况作为坡体破坏程度的判断依据之一。     

地震作用下新疆喀什高台民居基于变形控制的土遗址边坡加固设计研究

为验证地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的有效性,以新疆喀什高台民居土遗址边坡现有加固段为研究对象,利用有限元软件Midas/GTX NX建立三维动力分析模型,对地震作用下格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡的变形控制进行研究分析。结果表明:地震作用下土遗址边坡在坡顶与坡脚处产生严重的位移变形,且随着地震持时增加呈现累加效果;土遗址边坡加固后能有效控制水平方向与垂直方向的位移变形,最大位移变形值满足控制要求;土遗址边坡加固后地震作用下的稳定性系数提高至1.54,满足规范要求值1.15。研究成果验证了格构式锚杆挡墙加固土遗址边坡能够有效控制位移变形,并提高稳定性。     

一种分析岩土模型地震受力变形的方法

在国内外岩土模型动力试验中,一般以图表形式对监测区域进行逐一动态分析,无法直观形象的掌握试验模型整体受力变形,为深入分析动态响应机理带来一定的不便。以前-后排抗滑桩加固斜坡桥基的大型振动台模型试验为例,通过在岩土体中埋设一定数量的自制磷青铜带和水平加速度计,监测滑坡变形和加速度响应,结合已知测点的水平坐标和竖向坐标,利用Renka Cline随机矩阵生成方法转换为数字矩阵形式,据此绘制坡体变形及PGA放大系数的二维等势图。试验结果显示,二维等势图能合理反映斜坡PGA放大系数的变化规律,揭示振动波作用下斜坡变形破坏的基本特征,研究结论和试验现象保持一致,满足斜坡模型整体受力变形分析的基本要求,可以作为一种实用的试验分析方法。     

白鹤坪边坡稳定性分析

边坡监测可为掌握边坡变形特征和规律提供依据,指导在边坡发生严重变形时的应急处理。白鹤坪边坡是三峡库区的典型边坡,依据边坡的变形特征定性地认为该边坡为潜在的推移式滑坡。1998年调查发现白鹤边坡存在一定的滑移,为了对其实施监测预报、预警,减轻因其滑动而引起的地质灾害,在该边坡上建立了由10个GPS观测点组成的边坡位移观测系统,以监测边坡的变形。本文以2014年5月至2016年4月近两年的白鹤坪边坡变形观测系统所获得的位移数据为基础,对边坡的位移变形进行了统计,并结合数值模拟分析了边坡的水平向相对位移。分析表明,在边坡由缓变陡处变形显著增加,边坡现处于基本稳定状态,其变形主要受降雨影响,每年汛期时（5-10月）边坡变形量偏高。其次为库水作用影响,江水对坡脚冲蚀,使边坡前缘局部产生了小规模崩滑现象。     

Evaluating Earthquake-Triggered Landslide Hazard at the Basin Scale Through Gis in the Upper Sele River Valley

To evaluate techniques for assessing earthquake-triggeredlandslide hazard in the Southern Apennines (Italy), a GIS-based analysis was used to modelseismically induced slope deformations. Geological, geotechnical, geomorphological and seismologicaldata were integrated into a standard earthquake slope stability model. The model assessed thelandslide potential that existed during the 1980 Irpinian earthquake in the Upper Sele river Valley.The standard Newmark displacement analysis, widely used for predicting the location of shallowunstable slopes, does not take into account errors and/or uncertainties in the input parameters.Therefore, a probabilistic Newmark displacement analysis technique has been used. Probabilistictechniques allow, e.g., an estimation of the probability that a slope will exceed a certain criticalvalue of Newmark displacement. In our probabilistic method, a Monte-Carlo based simulation modelis used in conjunction with a GIS. The random variability of geotechnical data is modelled by probabilitydensity functions (pdfs), while for the seismic input three different regression laws wereconsidered. Input probability distributions are sampled and the resulting values input into empiricalrelations for estimating Newmark displacement. The outcome is a map in which to each siteis related a spatial probability distribution for the expected displacement in response to seismic loading.Results of the experiments show a high grade of uncertainty in the application of the Newmarkanalysis both for the deterministic and probabilistic approach in a complex geological setting suchas the high Sele valley, quite common in the Southern Apennines. They show a strong dependence onthe reliability of the spatial data used in input, so that, when the model is used at basin scale,results are strongly influenced by local environmental condition (e.g., topography, lithology, groundwatercondition) and decrease the model performance.     

不同厚度饱和砂土中群桩P-Y滞回曲线规律研究

根据Buckingham π定理设计制作直群桩和斜群桩相似模型,通过电磁式振动台试验方法,分别考虑非液化砂土、300 mm和380 mm两种不同厚度饱和砂土,开展在规则正弦波输入下桩土相互作用P-Y滞回曲线规律研究.结果 表明:在非液化砂土中,P-Y滞回曲线的主斜率变化较小,说明在振动输入过程中,桩周土体刚度并未发生显...     

顺层页岩边坡稳定性离散元分析

以承张高速某顺层页岩边坡工程为依托,首先采用单轴压缩模拟实验与宏观力学参数值对比的方法确定出边坡各岩土层的细观参数。进而建立其离散元模型,分析其稳定状态,并对其失稳过程进行研究。结果表明:边坡中的全风化页岩层向下滑动,并在坡脚堆积;强风化页岩层和中风化页岩层未发生滑动,滑动面为全风化页岩层与强风化页岩层的交界面。模型中出现的裂纹主要以压裂纹为主,且主要分布在全风化层,而其他两层未产生裂纹。离散元模拟结果与赤平投影法分析结果一致。该模拟结果对工程的设计、施工具有指导意义。     

与建筑抗震设计规范相对应的地面地震动随机模型参数研究

根据《建筑抗震设计规范(GB50011—2001)》的反应谱曲线,确定了基于Clough-Penzien修正过滤白噪声模型的参数取值。采用时间包络函数考虑地震的非平稳特性,根据加速度峰值等效原则迭代计算得到地面的加速度功率谱密度曲线,然后通过曲线拟合得到与规范各种地震烈度、场地类别和设计地震分组相对应的谱参数。计算结果表明,与规范相对应的加速度功率谱密度曲线呈双峰型,Clough-Penzien谱能较好地拟合其曲线形状。最后给出了规范各种工况下的地面加速度功率谱参数值,为随机抗震计算分析提供了依据。     

西南某水电站坝肩堆积体基本特征及稳定性研究

研究下红岩堆积体的稳定性对拟建水电站大坝和附属水力设施的布置和安全有着重要的意义。本文在深入分析该堆积体基本特征的基础上,以地形地貌、变形破坏迹象及物质组成特征的差异性为依据,对其进行了工程地质分区;在此基础上,对该堆积体成因及今后变形机理进行了论述,重点分析影响堆积体稳定性的诱发因素;最后采用极限平衡法计算了堆积体整体（分区）以及局部稳定性。计算结果为分析目前堆积体的稳定状况及预测其可能造成的工程危害性提供了评价基础。     

筑坝料动力变形特性试验与颗粒流模拟

对筑坝反滤料进行室内中型动三轴试验研究,探讨残余变形等动力特性,在此基础上,运用二维颗粒流方法,对相关试验进行数值模拟,为筑坝料的动力特性研究提供一种新的思路和途径。试验结果表明：（1）应力水平对关系曲线斜率无影响;（2）初期体积应变的读数会出现偏小的现象;（3）围压和动应力值过大,会导致模拟结果产生较大误差;（4）正确的细观参数应依据特定的试验结果反复推敲逼近而得。     

Rigorous landslide hazard zonation using Newmark's method and stochastic ground motion simulation

Researchers and practitioners in earthquake engineering have recognized geographic information systems (GIS) to be a significant tool in modeling spatial phenomenon related to hazard and risk. GIS, as an engineering tool, has been primarily used for its spatial data storing and presentation features. Models are often simplified to be more compatible with the light computational capabilities of many GIS. If not simplified, heavy computations are generally performed external to the GIS. A prototype vector-based GIS was developed that employs a rigorous approach to Newmark's displacement method for assessing earthquake triggered landslide hazards. The rigorous Newmark's analysis provides desirable flexibility by allowing input of actual ground motions. The prototype hazard GIS incorporates a popular shot filtered noise technique for generating artificial ground motions. The rigorous approach was compared to a popular simplified approach for computing Newmark displacements. Distribution of regional displacements was found to be similar with the simplified approach giving more and larger extreme displacements. The rigorous approach is suitable for large scales to model various seismic scenarios and their effect on seismically induced landslide potential.     

含软弱夹层岩质边坡的模态分析及其对边坡地震动力响应影响的初步研究

本文以含软弱夹层岩质边坡作为研究对象,基于数值软件ANSYS的模态分析给出了含不同倾角与厚度软弱夹层边坡的前5阶固有频率与振型,并分析了夹层倾角和厚度对边坡固有模态的影响。接着,结合已有的大型振动台模型试验结果,在小应变范围内讨论了边坡的固有模态与其动力响应特性之间的关系。结果表明:(1)在夹层倾角相同时,含较厚软弱夹层边坡固有频率低于含较薄软弱夹层边坡;(2)在夹层厚度相同时,随着倾角增加,夹层从反倾变化到顺倾,低阶(1、2)固有频率也逐渐增加,而高阶(3、4、5)固有频率则呈下降趋势;(3)从第3、4阶开始,边坡变形受夹层影响增强;(4)基于加速度傅里叶谱比分析得出的边坡响应放大频率与边坡前5阶固有频率范围接近,加速度和位移响应在夹层及以上部位响应强烈,与边坡前5阶振型较为一致,预示了边坡的共振响应。需要指出的是,本文得出的结论尚且不能用于准确解释边坡在大变形及破坏阶段的动力响应特征,但可为边坡动力特性及共振响应的深入研究提供思路。     

地下采煤情况下地表黄土边坡稳定性分析

针对近年来我国西北黄土地区地下采煤诱发地表变形,从而导致地表黄土边坡失稳及滑坡问题,使用显式有限元、动力学大变形计算方法以及土动力学基本理论进行分析研究,并提出一种适用于地下动态扰动对地表边坡稳定性影响的分析方法。通过计算分析得知,地下采煤对地表边坡稳定性的影响是一个动态的过程,所提方法具有较高的计算效率,且能够分析边坡的渐进破坏过程。