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。     

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。     

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。     

地震荷载对滑坡稳定性的影响评估——以甘肃舟曲南桥滑坡为例

通过实现Druker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb理论等效原则, 采用ANSYS软件模拟, 分别就自重和暴雨状态下施加地震荷载构成不同工况组合, 分析评价了地震荷载对甘肃舟曲南桥滑坡稳定性的影响.以有限元强度折减法为基础, 分别在不同地震设防烈度等级下, 通过改变折减系数计算水平位移最大值和塑性区应变最大值, 以出现突变点、计算不收敛和塑性区贯通来判别土体破坏, 得到不同地震设防烈度下滑坡稳定系数.结果表明:在自重+地震与暴雨+地震工况条件下, 稳定系数差值为0.25~0.32, 为2种工况的相互校核和理论推算提供了参考.有限元强度折减法与极限平衡法的对比分析表明, 二者误差以小于5%为主, 考虑地震工况比不考虑地震工况的滑坡稳定系数下降13%~16%, 进一步验证了数值模拟计算的精准度和可靠性以及滑坡治理中抗震设防的重要性.计算结果符合实际, 在科研和实际设计中值得推广.     

地震作用前后极限平衡法和强度折减法的边坡稳定分析对比

分别运用极限平衡法和ANSYS强度折减法对国内某边坡地震作用前后稳定性进行了分析,考虑地震作用时采用了拟静力法施加水平和垂直两个方向的地震力.根据地震作用前后两种方法得到的边坡稳定系数、滑动面、滑动体的对比分析发现,两种方法得出的安全系数、滑动面相差不大,说明了强度折减法运用到边坡稳定分析中是合理的.强度折减法得出安全系数均比极限平衡法略大,这是由于强度折减法考虑了土体的应力-应变关系,使得计算结果更符合实际.通过地震作用前后边坡的水平位移图的对比,总结了一些规律,为地震区边坡的锚固提出相应的建议.     

南京市旅游学校西侧山体下蜀组黄土边坡稳定性评价与治理措施研究

以南京市旅游学校西侧山体下蜀组黄土边坡为研究对象,利用极限平衡法和数值模拟法,计算边坡在天然、地震和暴雨工况下的稳定性系数,分析坡体位移和塑性区分布特征。计算结果显示,天然边坡基本稳定,地震和暴雨工况下坡体不稳定;极限平衡法与数值模拟法计算结果基本一致;三种工况下,坡体受地震力和暴雨影响,坡体位移加大,稳定性系数降低,暴雨作用比地震力影响更明显,坡体更容易受降雨影响。通过削坡减载、锚杆加固,设截排水沟等措施治理之后,坡体稳定性系数得到明显提高,边坡不同部位位移较小,边坡处于稳定状态,说明所采用的加固措施合理可行。     

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。     

片马镇国门小学滑坡稳定性评价及治理方案研究

在实地踏勘的基础上,对云南泸水县国门小学滑坡的地质地貌条件以及滑坡体的基本特征进行了详细的分析。在此基础上,运用极限平衡理论对该滑坡的公路段以及整个滑坡体,分3种工况进行了稳定性研究。结果表明:在较为干燥的条件下,各段滑坡体均处于稳定状态,但在强降雨或是地震工况下,则表现为基本稳定-欠稳定状态。为了防止地质灾害发生,结合相关理论提出了治理方案,建议实施支挡和排水工程。     

衡东县蓬源镇云集村22组滑坡成因机制分析及稳定性评价

2019年7月,衡东县蓬源镇云集村22组发生滑坡,为了解决该滑坡带来的财产损失和生命安全威胁,对滑坡所处的地质地貌条件以及滑坡体的基本特征进行大量研究和试验,采用极限平衡方法对云集村滑坡,分2种工况进行了稳定性研究,通过结合相关理论计算和判断,提出采用截排水、削方减载、坡脚桩板墙、监测工程相结合的防治措施。     

用点接触模拟滑面的滑坡稳定性分析方法

结合有限元强度折减法,用点接触模拟滑面,提出了适用于已知滑裂面的滑坡稳定性分析及滑坡推力计算的数值计算方法。以滑坡体为分析对象,用切向和法向两组弹簧的弹簧力来模拟滑裂面上的剪切力和法向力;结合强度折减法和摩尔-库仑强度准则对滑面弹簧刚度进行迭代计算,求解得到了满足静力平衡的数值解。该方法避免了极限平衡条分法求解边坡稳定性时需对条间力进行诸多假设的局限,也避免了有限元强度折减法求滑坡推力时需加桩计算的不便及收敛困难等问题。新方法能计算出极限状态下滑坡体上的应力、滑裂面上的边界力和稳定性系数以及给定安全系数下滑坡体上任意截面的滑坡推力大小、作用方向和位置,具有较严格的理论基础,可为实际工程中滑坡的治理提供一定的参考。     

Vertical acceleration effect on landsides triggered by the Wenchuan earthquake,China

The 2008 Wenchuan earthquake with Ms8.0 triggered extensive throwing-pattern landslides in the area within or near the seismic faults. The resultant landslides from this earthquake brought to the fore the effect of vertical earthquake acceleration on landslide occurrence. The pseudostatic analysis and the dynamic response on landslide stability due to the Wenchuan earthquake are studied with the Chengxi (West Town) catastrophic landslide used as a case study. The results show that the epicenter distance is an important factor which affects the vertical acceleration and thus the stability of landslide. Also, the vertical acceleration was found to have a significant impact on the FOS of landslide if the earthquake magnitude is quite large. Within the seismic fault, the amplitude effect of vertical acceleration is very dominant with the FOS of landslide, for vertical acceleration ranging from positive to negative, having a variation of 25 %. The variation of FOS of landslide for vertical acceleration ranging from positive to negative are 15 and 5 % for landslides near seismic fault and outside seismic fault, respectively. For landslide with a slope angle <45°, the FOS of landslide with both horizontal and vertical accelerations is significantly greater than the one without vertical acceleration. Further, the results computed from both the pseudostatic method and dynamic analysis reveal that the FOS during the earthquake varied significantly whether vertical acceleration is considered or not. The results from this study explain why lots of throwing-pattern catastrophic landslides occurred within 10 km of the seismic fault in the Wenchuan earthquake.     

地震破裂带特殊部位大型滑坡及其基于构造地貌发生模型的机制解释:以东河口抛射型滑坡为例

汶川地震在龙门山地区激发了大量的次生地质灾害,其中尤以滑坡灾害分布最为广泛和严重。在所有滑坡灾害中,东河口滑坡发生在北川破裂带的北东端点,具有相当的特殊性,并造成了大量的生命财产损失。东河口滑坡是一种抛射型滑坡,具有与其他如重力或者降雨作用导致的滑坡不同的特点,即没有统一连续的滑动面,由上部比较深陡和下部比较浅缓的截然分开的两部分组成,在强地震加速度的作用下,滑坡体被抛射并在与地面发生碰撞之前沿抛物线轨迹运行。文章综合分析了东河口抛射型滑坡发生的地质地貌条件,并解释了该抛射型滑坡发生的动力源机制。结果显示,东河口滑坡区的滑坡带和翼状裂隙带在北川破裂带两侧的规则分布受控于断层的运动方式和滑坡的空间分布位置;此外,除地震动水平加速度和地质地貌条件外,垂直加速度和断层的运动方式对地震滑坡的激发也起着重要的作用。     

大渡河新华古滑坡体成因机制及稳定性研究

新华古滑坡体位于拟建水电站坝址线上游12km处,体积巨大,水库设计蓄水高程在滑体剪出口之上,且该区属高烈度区,滑体一旦失稳,可能造成涌浪、甚至堵江和堰塞溃坝,影响严重。目前,古滑体有拉裂缝等变形迹象,属滑移拉裂性质,且古滑坡变形属重力蠕滑性质。稳定性评价结果表明,在天然、暴雨、蓄水及水位骤降等工况下,滑体均处于基本稳定状态。而在考虑地震时,其稳定性迅速降低,滑体有可能整体失稳。     

乌东德高拱坝极限抗震能力研究

乌东德水电站是金沙江下游河段上4个水电梯级的最上游梯级,大坝为265 m高的双曲拱坝。采用非线性有限元法,将拱坝坝体-坝基作为一个整体系统,在考虑坝体横缝影响及无限地基辐射阻尼影响基础上,模拟坝肩控制性滑块各滑裂面在地震作用下张开、滑移的非线性力学行为,研究设计与校核地震作用下大坝的抗震性能,探讨大坝-坝基整体系统在强震作用下的抗震潜力。研究结果表明：设计地震条件下,坝体仅在拱端应力集中区域拉应力超过抗拉强度,压应力则均满足强度要求,坝肩块体稳定,大坝-坝基体系的整体安全性可以保证;校核地震条件下,坝体应力值略有增加,能够满足不溃坝的设防要求;以大坝-坝基代表性的位移、变形量变化曲线的拐点作为评价极限抗震能力的标准,可知拱坝-坝基体系的抗震超载安全系数为2.7,相应的基岩水平向峰值加速度0.729g,拱坝-坝基体系抗剪参数强度储备安全系数为2.0,乌东德高拱坝具备较强的极限抗震能力。     

随机地震作用下滑坡稳定性可靠度分析

应用边坡可靠性分析中常用的蒙特卡罗法,并结合稳定性计算的剩余推力法和Sarma法,研究随机地震作用下边坡的可靠性。以三峡库区黄土坡滑坡为例,分析了地震效应对边坡稳定性的影响。计算结果表明:地震加速度对滑坡稳定性影响显著;竖向地震加速度小于水平地震加速度2/3时,对滑坡稳定性影响较小,大于水平加速度时,对滑坡稳定性影响明显。因此在一般工程设计中,可以只考虑水平向的地震作用,而对于设计烈度较大的大型工程,则应同时考虑水平向和垂直向的地震作用。      

地震作用下高堆尾矿坝永久变形与稳定性分析

综合采用时程分析法、整体变形分析法（等效节点力法和软化模量法）、极限平衡法等方法,以小打鹅尾矿库为例,分析了该高堆尾矿坝的永久变形和动力稳定性。分析了干滩面长度、尾矿堆积坝高度、设计地震加速度等影响因素对尾矿坝的安全系数和永久变形的影响,以及地震作用下尾矿坝安全系数的时程变化规律。结果表明：尾矿坝的地震永久变形与一般土石坝的存在差异,其水平方向的永久变形大于竖直方向的永久变形,且永久变形与坝高不一定呈单调递增关系;地震中尾矿坝的最小安全系数与各影响因素大体呈线性关系,而坝顶处的震陷与各影响因素之间呈非线性关系;地震过程中尾矿坝瞬时安全系数具有波动降低的特点,为此,完善了地震作用下尾矿坝最小平均安全系数的计算方法。该研究表明小打鹅尾矿库坝体的抗震性能能够满足相应抗震设防要求。     

Estimating location and size of historical earthquake by combining archaeology and geology in Umm-El-Qanatir,Dead Sea Transform

We study the Byzantine-to-Ummayad (6th–8th century) archaeological site of Umm-El-Qanatir, located 10 km east of the Dead Sea Transform (DST) in northern Israel. The site was damaged by an earthquake-induced landslide, and in this work we use slope stability analysis to constrain the historical seismic acceleration that occurred along the northern segment of the DST. Umm-El-Qanatir archaeological site is located on a slope of a canyon and contains evidence for earthquake-related damage, including fallen columns and walls, horizontal shift of heavy masonry blocks, and complete burial of ceramic pots and farming tools beneath fallen ceilings. A water pool that collected spring water is displaced nearly one meter by the landslide. The artifacts from the village and the spring area indicate that people inhabited the site until the middle of the 8th century. We argue that the destruction, which forced the abandonment of Umm-El-Qanatir together with nearby settlements, was associated with the earthquake of January 18, 749 CE. In order to evaluate the ground acceleration related to the above earthquake, we back-analyze the stability of a failed slope, which cut and displaced the water-pool, using slope stability software (Slope/W). The results show that the slope is statically stable and that high values of horizontal seismic acceleration (>0.3 g) are required to induce slope failure. Subsequently, we use the Newmark displacement method to calculate the earthquake magnitude needed to cause the slope failure as a function of distance from the site. The results (attributed to the 749 CE earthquake) show that a M_W > 7.0 earthquake up to 25 km from the site could have induced the studied landslide.     

Landslide hazards triggered by the 2008 Wenchuan earthquake, Sichuan, China

The 2008 Wenchuan earthquake (M _s = 8.0; epicenter located at 31.0° N, 103.4° E), with a focal depth of 19.0 km was triggered by the reactivation of the Longmenshan fault in Wenchuan County, Sichuan Province, China on 12 May 2008. This earthquake directly caused more than 15,000 geohazards in the form of landslides, rockfalls, and debris flows which resulted in about 20,000 deaths. It also caused more than 10,000 potential geohazard sites, especially for rockfalls, reflecting the susceptibility of high and steep slopes in mountainous areas affected by the earthquake. Landslide occurrence on mountain ridges and peaks indicated that seismic shaking was amplified by mountainous topography. Thirty-three of the high-risk landslide lakes with landslide dam heights greater than 10 m were classified into four levels: extremely high risk, high risk, medium risk, and low risk. The levels were created by comprehensively analyzing the capacity of landslide lakes, the height of landslide dams, and the composition and structure of materials that blocked rivers. In the epicenter area which was 300 km long and 10 km wide along the main seismic fault, there were lots of landslides triggered by the earthquake, and these landslides have a common characteristic of a discontinuous but flat sliding surface. The failure surfaces can be classified into the following three types based on their overall shape: concave, convex, and terraced. Field evidences illustrated that the vertical component of ground shaking had a significant effect on both building collapse and landslide generation. The ground motion records show that the vertical acceleration is greater than the horizontal, and the acceleration must be larger than 1.0 g in some parts along the main seismic fault. Two landslides are discussed as high speed and long runout cases. One is the Chengxi landslide in Beichuan County, and the other is the Donghekou landslide in Qingchuan County. In each case, the runout process and its impact on people and property were analyzed. The Chengxi landslide killed 1,600 people and destroyed numerous houses. The Donghekou landslide is a complex landslide–debris flow with a long runout. The debris flow scoured the bank of the Qingjiang River for a length of 2,400 m and subsequently formed a landslide dam. This landslide buried seven villages and killed more than 400 people.     

充分考虑振动台实验滑移特征的地震滑坡基本单元体永久位移估算方法研究

充分考虑振动台实验揭示出来的基本地震滑坡单元体震动滑移特征,总结得到其永久位移的估算方法:（1）考虑地震动惯性力和重力的联合作用,计算相应向上和向下滑移的屈服加速度,以反应其可能向上和向下滑移的行为;（2）在适度简化斜坡岩土体动力学模型的基础上,考虑斜坡岩土体自振特性和滑体所在高度对地震波的放大效应,得到滑体附近的局部地震加速度;（3）考虑滑体附近局部加速度和滑移屈服加速度的控制作用,计算每一地震波的周期内滑体相对滑床所能达到的最大滑移速度（向上和向下）,进而得到相对动能;（4）考虑到滑体的动能基本耗散在滑带上,基于能量守恒原理,将相对动能除以滑带上的摩擦力,即可估算出每一周期内的永久位移;（5）将每一地震波周期内产生的永久位移相累加,即可得到总体的滑动位移。经与实验结果对比,本估算方法具有较高的精度与可靠性,虽只考虑了水平向地震动作用的影响,但对于存在竖向地震动的情况,其思路同样适用,只是需要计入竖向地震动惯性作用力的影响。     

堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验

以玉树7.1级地震诱发的玉树机场路堆积层滑坡为对象,该滑坡坡度约为10o,长×宽×厚为317 m×482 m×19.8 m,由以碎石土为主的上覆层、卵石土为主的滑动带及基岩3层组成,开展大型振动台模型试验,探究震后边坡再次承受振动荷载的能力以及地震垂直分量对坡体稳定性的贡献,分析其动力响应特征和失稳破坏机制。结果表明,强震作用下堆积层滑坡的永久变形是造成地震地质灾害的重要因素;随着输入地震荷载增大,坡脚率先破碎沉降,坡体中部产生弧形裂隙并产生沉降,坡顶出现贯穿张裂隙和剪切裂隙并向坡腰推进,表现出典型的牵引性滑坡特征;峰值加速度(PGA)、动土压力以及加速度频谱与输入地震波的强度、滑坡高程呈正相关;PGA放大系数呈现出明显的非线性特征,其变化趋势随地震荷载强度增大而减小,地震波垂直分量对滑坡PGA放大系数影响略大于水平分量。