地震作用下分层土边坡多滑面变形破坏的数值模拟研究

地震引起的滑坡对生命、环境和经济造成了巨大的威胁。目前,对于地震作用下边坡稳定性的研究主要集中在单一滑动面破坏模式,对于具有多个潜在滑动面边坡的地震稳定性研究比较欠缺。基于此,利用有限差分软件FLAC对不同边坡进行地震稳定性数值模拟,对比分析不同强度地震动作用下均质土体、分层土体和含软弱夹层土体边坡的滑动面演化过程和永久变形分布特征。结果表明：对于均质边坡,地震引起的滑动面为单一的整体滑动面,地震动强度的增加仅导致沿滑动面的永久变形量增大;对于非均质边坡,在地震作用下还可能形成通过土层交界面的局部滑动变形,且地震作用下最先形成和发生变形的滑动面与静力条件下得到的最小安全系数对应的最危险滑动面一致;同时,地震引起的边坡浅层和深层变形破坏存在复杂的相互影响,当局部浅层滑动先发生时,地震动的进一步增大很容易诱发更深层的坡体滑动,而当深层滑动先发生时,由于塑性变形影响地震惯性力向上部坡体的传播,浅层坡体的进一步滑动变形相对较难被触发。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。     

强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性影响研究

为研究强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性的影响,结合黄土地区典型建筑的临坡分布特点,在利用模型试验探讨黄土边坡破坏特点的基础上,结合有限元模拟软件建立不同临坡距离建筑荷载下的三维边坡模型。通过分析边坡总位移云图、水平向位移云图及最大剪应变云图,判断坡体潜在危险区域的变化规律。研究结果表明,随着坡顶建筑临坡距离的增加,顶部荷载变形区域与边坡潜在滑动面的重合区域递减,在距坡顶20 m外不再受到来自边坡潜在风险滑动面的影响。     

地震动强度增大过程中边坡土体的损伤演化及其计算方法研究

地震作用下边坡失稳破坏过程也是土体损伤变形演化过程,当前边坡模型试验中土体损伤的定量计算方法尚未提出;研究以兰州新区职教园区内一填方边坡为原型,开展了地震动强度逐级增大条件下边坡失稳破坏的模型试验,研究边坡变形失稳过程中相关物理量随地震动强度的变化规律,进而提出土体损伤的计算公式。研究结果发现：在地震动强度增大过程中,坡肩土体损伤变形最为显著,传递函数频谱随地震动强度增大呈现有规律的减小变化,土体阻尼比随地震强度增大呈现指数函数增大变化,据此提出了基于归一化阻尼比的土体损伤量计算公式,该公式计算的土体损伤量也呈现指数函数增大变化,反映了地震动作用下土体的非线性损伤变形破坏过程。文中提出的土体损伤量计算方法可为基于模型试验的边坡稳定性评价提供理论依据。     

地震作用下双层土裂缝边坡稳定性分析

裂缝常存在于边坡表面，地震作用会大幅降低裂缝边坡稳定性。针对双层土裂缝边坡稳定性问题，定义上下土层分界处高度与边坡高度之比为深度系数以描述双层土的分布，基于极限分析上限定理，构建“点到点”离散运动学机构，并在此机构中引入一条垂直张拉裂缝，结合拟静力法和强度折减法建立能量平衡方程求解裂缝边坡临界高度和安全系数上限解。计算结果与传统上限法进行对比，验证离散运动学机构的有效性及其解的优越性，同时探究土体非均质性及深度系数对裂缝边坡稳定性以及裂缝深度和位置的影响规律。结果表明，地震作用会降低边坡稳定性；随着地震力增大，边坡临界滑动面逐渐加深，裂缝深度略微增大，裂缝位置逐渐远离坡面；对于具体的双层土边坡会存在一个特定的深度系数使边坡安全系数达到最值，同时裂缝会穿越至下层土且深度发生突增。     

斜入射地震作用下坡面形态对碎石土边坡稳定性影响研究

本文研究了在震源近场时,地震波斜入射条件下,不同坡面形态对碎石土边坡稳定性的影响。利用FLAC3D有限差分软件,建立了多种坡面形态的边坡模型。采用对比方法,分析了边坡在地震波作用下的稳定性。结果表明:临空坡面对输入地震波有放大效应;坡面的水平位移与加速度峰值随高度增加而增大,随坡度增加而增大;随着坡面凹度的增大,剪应力增量向坡肩处集中,坡肩愈加不稳定;随着坡面凸度的增大,剪应力增量向坡腰处集中,坡腰愈加不稳定;台阶对坡面的加速度放大效应有削弱作用,台阶数越多越稳定。同时给出了边坡防治的几点建议:减小坡面的坡度;对凹型坡加强坡肩位置处的防治,对凸型坡加强坡腰位置处的防治;对高边坡可设置多级台阶增加稳定性。     

地震作用下碎石土边坡的稳定性研究

为研究地震对碎石土边坡稳定性的影响机制,建立了楼房山隧道罐子沟端滑坡防治工程的数值计算模型,采用拟静力法,分析了不同地震水平加速度条件下边坡应力场、位移场、塑性区及剪应变增量的变化规律。研究结果表明,地震作用下,碎石土边坡的稳定性随着地震水平加速度的增加呈先缓慢减小后急剧减小的特征;边坡在地震作用下的破坏以受压破坏为主。     

云南鲁甸M_S6.5地震红石岩滑坡稳定性的数值模拟

2014年8月3日鲁甸MS6.5地震触发了大量的滑坡崩塌,其中,位于鲁甸县李家山村和巧家县红石岩村交界处的牛栏江干流北岸的红石岩滑坡规模巨大,与此处位于左岸的红石岩古滑坡体的前缘部分一起堵塞了牛栏江而形成高达120m、体积达1 200×104m3的大型堰塞体。通过震后开展的野外实地调查,获得了红石岩滑坡发生处的地形地貌、地质构造、岩体结构及物质组成等资料。以这些第一手资料为基础,构建了红石岩滑坡的边坡模型,并应用边坡稳定性分析软件Geo Studio中Slope/W模块分别计算了红石岩滑坡体震前坡体安全系数和地震作用下的坡体安全系数。结果表明,红石岩滑坡体发生处的坡体安全系数在地震前为1.450,处于相对稳定状态,而鲁甸地震的地震动作用则使坡体的安全系数降低至0.962,直接导致红石岩坡体的失稳。文中进一步讨论了坡体滑动面的存在与否对坡体稳定性的影响:安全系数计算的结果表明,在中强地震作用下,先存滑动面的存在是导致大型滑坡形成的重要条件;对于高陡岩质边坡,如果没有先存滑动面,只可能形成浅表性滑坡。     

地震条件下模块式面板加筋土挡墙面板连接稳定性研究

地震作用下模块式加筋土挡墙极易发生墙面模块脱落破坏,针对模块面板与筋材的连接稳定问题开展理论分析,用于模块式加筋土挡墙面板连接抗震安全设计。基于极限平衡法,通过考虑筋材与面板间的连接强度和连接抵抗力,提出了地震条件下面板连接稳定性分析方法。运用本文提出的方法进行了一系列参数分析,研究了水平地震力、竖向地震力、加筋间距以及墙趾阻力等因素对面板连接稳定性的影响。研究结果表明：水平和竖向联合地震作用极易导致加筋挡墙面板连接破坏,减小墙趾阻力和增加加筋间距使加筋挡墙面板净连接力减小,且对挡墙下部筋材更加显著。因此,加筋土挡墙抗震安全设计需要注意近断层场地中竖向地震作用,同时加筋间距不宜过大。     

岩层倾角对顺倾向边坡地震效应的影响

利用FLAC3D软件模拟地震作用下不同岩层倾角的顺倾向边坡,对比坡面峰值加速度放大系数、峰值位移、地震作用结束后坡体剪应变增量的变化规律,探讨岩层倾角对顺倾边坡地震效应的影响。研究表明:(1)在水平地震波作用下,坡面水平峰值加速度放大作用随岩层倾角增大而线性减小;(2)当岩层倾角小于软弱岩层内摩擦角时,坡面峰值位移较小且变化规律受岩层倾角影响不明显,当岩层倾角大于软弱岩层内摩擦角且小于30°时坡面峰值位移增大,大于60°时减小;(3)岩层倾角小于坡角时,残余剪应变增量最大值集中在坡面中下部软弱岩层处,反之,剪应变增量最大值出现在整个坡面并呈弧形区。     

天水市某典型黄土边坡块石支护稳定性效果分析

以天水地磁013台黄土边坡为研究对象,通过现场勘测、室内强度试验确定了该边坡的土质条件及其相应的土层力学性质,根据相应规范的要求提出运用块石挡土墙对此边坡进行上下分层支护。采用强度折减理论验证了边坡施加支护后的稳定性评价。结果表明,相比未加块石支护的边坡模型,采用块石支护的边坡的安全系数达到1.41,属稳定状态;同时块石支护可以有效地减小土体的水平方向位移,并约束土体总位移向临空面滑动。     

基于有限元极限平衡法的锚固边坡稳定性分析

在平面应变条件下,采用极限平衡和有限元法对锚固边坡稳定性评价过程的关键问题进行研究。将条分法对锚固边坡安全系数的定义推广到有限元法中,通过弹塑性有限元分析计算结构整体应力场,再结合虎克-捷夫法完成最危险滑动面的优化搜索。以天然边坡、渗流作用下锚固边坡及开挖锚固边坡为例,对比分析了条分法、有限元极限平衡法及有限元强度折减法三者在安全系数大小、滑动面形状、位置及对锚固作用处理上的差异。结合工程实例分析发现:同条分法相比,有限元方法所得到的安全系数更大,滑动面也更深,其中,有限元极限平衡法具有良好的计算精度,而条分法在一定程度上削弱了锚固效应,有限元强度折减法在一定程度上会放大了锚固结构的稳定效果。     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题.本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素.将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱...     

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:坡顶裂隙处先后发生裂隙前缘崩塌、坡面溜土、临空面方向大位移、坡面中部和坡脚鼓胀、剪切滑移、发生多级滑动,同时坡体后缘产生新的拉张裂隙;无裂隙斜坡的破坏过程为:坡顶形成拉张裂缝、坡面溜土、坡脚鼓胀、发生单级滑动。两种结构边坡的变形破裂包括倾倒—拉裂与剪切—滑移两种模式,斜坡的变形演化是两种模式相互作用的结果。     

地震与水压力耦合作用下岩质边坡倾覆解析方法

以往对平面破坏模式的岩质边坡稳定性评价,主要关注潜在滑坡体在自重、坡体内静水压力和地震荷载耦合作用下沿破坏面的抗滑稳定性,并未涉及各类外荷载作用线不通过潜在滑体重心而引起的绕坡趾倾覆稳定性。针对这一问题,提出地震与张裂缝水压耦合作用下的岩质边坡倾覆稳定性解析方法,基于力矩平衡原理推导出岩质边坡抗倾覆稳定性系数的一般表达式;通过深入的变动参数比较研究,探讨张裂缝水压和地震荷载对抗倾覆安全系数的影响,认为水压是控制岩质边坡倾覆破坏的决定性因素,而地震荷载处于次要因素,其在一定程度上增加或减小抗倾覆稳定性。在此基础上建立不同参数组合下的岩质边坡抗倾覆稳定图,为工程技术人员快速评估饱水岩质边坡地震倾覆稳定性提供直接依据。     

基于FLAC3D预应力锚杆抗滑桩支护边坡地震响应分析

建立预应力锚杆抗滑桩支护边坡三维模型,通过坡面监测点分析地震作用下边坡坡面监测点位移、加速度响应以及地震过程中抗滑桩所受剪力与弯矩的受力规律。结果表明:地震作用下边坡坡面产生永久位移,最大水平位移发生在边坡中下部;与无支护边坡相比,预应力锚杆抗滑桩支护边坡能有效抑制坡面峰值加速度PGA放大系数。地震作用下抗滑桩随地震历时的增加受力不断变大,最后趋于稳定,其中剪力呈现倒"S"型,桩身弯矩呈现"S"型。研究结论对预应力锚杆抗滑桩支护边坡的抗震设计有一定参考价值。     

水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析

为研究水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性，本文以某高填方边坡工程为背景，利用GeoStudio2012有限元分析软件建立模型进行分析，并对比分析多级高填方边坡与单级填方边坡动力响应结果。计算结果表明，边坡坡面和挖填交界面上动力响应规律表现为:位移幅值基本随着高程的增加而增加；速度幅值随着高程的增加先增大后减小再增大；加速度幅值随着高程的增加有减小趋势；多级高填方边坡动力响应规律与单级填方边坡动力响应规律不同，单级填方边坡位移幅值、速度幅值、加速度幅值均随着高程的增加递增；地震波在坡体内传播时，随着高程的增加具有滞后性。边坡稳定性随着地震加速度峰值的增大有所下降，相比静力作用，水平地震作用下边坡稳定性下降明显。本文相关研究可为西北地区黄土高填方边坡工程抗震提供一定理论依据。     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值。研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均会对隧道洞口段地震响应规律和破坏模式产生重要影响,缓坡易发生坡底处的剪切破坏,而陡坡易发生坡顶的拉裂破坏;随着边坡高度的增大,边坡的滑动破坏范围逐渐增大;隧道的存在对坡面地震动高程放大效应有明显"抑制"作用,在洞口水平向存在动力响应放大区,范围为2.1～2.8倍洞径;通过分析隧道衬砌沿进深方向的动力响应规律,建议黄土隧道洞口段抗震设防长度最小值为3倍洞径。