地震作用下边坡动力响应的数值模拟研究

汶川地震中在硬岩、次硬岩区域出现的一些大规模斜坡破坏现象超出了以往对地震作用下边坡稳定性问题的认识。本文使用FEPG有限元程序分析了水平和垂直2种不同加载方式作用下,经过不同的震动持续时间,不含裂隙岩质坡体内部的应力场和位移场的变化规律。得出的结论认为,在输入震动振幅为0.1m的加载作用下,岩质边坡内部的应力和位移均出现极值:在边坡的顶部及坡面上最大拉伸应力值大于100MPa,超过了花岗岩、灰岩等硬岩、次硬岩的抗拉强度,可能使岩体产生破裂发生崩塌、滑坡灾害。研究结果还表明,与水平方向振动加载相比,垂直方向振动加载产生的响应结果要大,边坡顶端一点的在垂直方向位移的峰值达到0.43m,远远超过了输入的震动振幅,垂直方向的震动是引起边坡的不稳定的主要因素。此外,震动持续时间越长,造成的变形和破坏就越大。     

渗流与地震作用下铁矿尾矿坝稳定性分析

尾矿坝有别于传统的挡水坝体,其堆积材料具有松散性、非均匀性及填筑质量不可控性等特点,常常在地震、强降雨等不利因素作用下发生溃坝灾害,严重危及人民生命财产安全。合理评判尾矿坝坝体在不同工况下的稳定性状是科学防灾减灾的前提。本文以内蒙古包钢集团某铁矿尾矿坝为研究对象,通过现场勘察与室内外试验,初步评价尾矿坝堆积体的稳定性,获取稳定性分析所需的物理力学参数;考虑强降雨渗流及地震作用,分别采用Geo-studio及STAB土质边坡稳定性分析软件,基于极限平衡法进行天然工况、暴雨工况、地震工况及暴雨+地震工况下的稳定性计算;基于有限元强度折减法,采用ABAQUS软件针对上述工况进行尾矿坝体稳定性对比计算;综合分析了三种稳定性计算方法在潜在滑带识别及稳定性计算成果等方面的差异,建议了极限平衡法与有限元分析相结合的复杂工况下尾矿坝稳定性分析方法。分析结果表明:渗流与地震作用下某铁矿2#尾矿坝段处于欠稳定状态,其余坝段处于稳定状态,为该尾矿库溃坝危险性评价提供了科学依据。     

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。     

地震作用下西藏易贡滑坡动力响应特征分析

西藏雅鲁藏布江大峡谷地区是地震滑坡的高易发区,发生过多期地震滑坡。以西藏易贡滑坡为例,运用FLAC3D有限差分方法,对滑坡所在山体进行频响特征分析,并以此为基础对其地震波作用下的放大效应开展研究,最后对近场强震条件下山顶潜在崩滑体稳定性进行预测。研究结果发现:易贡山体整体卓越频率处于较低值,山顶卓越频率主要集中在1 Hz以下、山顶两侧卓越频率在2~6 Hz之间;在地震波作用下,易贡山体顶部及两侧出现不同程度放大,山体内部沿高度向上呈先增后减、进而再次增大的变化趋势,其计算结果与频响特征分析结果基本一致;静力条件下,潜在崩滑体基本保持稳定,其安全系数为1.27,但地震作用下的计算结果却表明其发生了失稳破坏;在考虑水平向和竖向加速度同时输入的近场强震条件下,崩滑体稳定程度将进一步下降,因此需加强近场强震条件下山体的风险分析及预测。      

地震作用下某工程边坡动力稳定性数值模拟

以某工程边坡为例,采用人工合成地震动为输入条件,运用FLAC2D进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明:在地震动力作用下,边坡发生大变形(大于3.0m),塑性区沿覆盖层与基岩界面分布,界面岩土体发生塑性破坏,会发生整体性的远程滑动,必须采取措施进行综合治理,这一结论对处置库的选择和建设具有重要的工程应用价值。     

汶川地震对望月寨滑坡稳定性影响研究

“5.12”汶川地震诱发大面积的山体滑坡,直接威胁人类的生命财产安全,但同时也为研究地震对滑坡的影响提供了宝贵的素材。以四川省理县望月寨滑坡为例,在对地震前后滑坡基本特征深入研究的基础上,采用极限平衡法和有限差分法对地震前后该滑坡的稳定性和应力应变特征进行了计算、模拟和对比分析,分析结果与地震前后滑坡的宏观地质现象均具有较高地吻合度。研究成果为深入分析地震对滑坡影响及防灾减灾提供了可靠依据。     

降雨对滑坡的作用机理及动态模拟研究

从动态分析和数值模拟两方面讨论了滑坡过程中的地下水作用机理和地下水动力场的时空分布问题，建立了二维极限平衡状态下的临界水位高度模型和描述滑坡剖面二维不稳定流动问题的动力学模型；以临界水位高度模型对重庆土台镇滑坡稳定性分析的研究结果表明，该滑坡的防治措施宜首先考虑地表水防渗和地下排水方案，在滑坡位移监测的同时更应考虑位移、降雨量、地下水动态三者的结合；采用数值模型计算了长江三峡库区鸡扒子滑坡因降雨入渗而引起的地下水动力场的时空分布，研究结果表明，地下水水位和流速场的时空演化过程与滑坡发生的时空特点基本吻合，当降雨达到46h时，滑坡体中地下水流向与滑动面倾向基本一致，尤其是在滑体底部出现潜水流，此时的地下水流动对滑坡稳定性最为不利。     

四川5.12地震灾区陈家大院子滑坡形成机理分析与稳定性评价

陈家大院子滑坡位于四川省德阳市什邡市,为一"浅层土质牵引式滑坡",滑坡体东西宽145m,南北长156m,坡体前、后缘相对高差121m,上覆第四系覆盖物平均5~6m,滑坡体总方量共计约11.3×104m3,主要滑动方向为140°。滑坡下方居住50户共165人,并建有乡村公路、电力、水利等基础设施,潜在经济损失约500万元。2008年"5.12"地震后滑坡体局部出现变形迹象,滑坡体后缘局部出现张裂缝,是诱发滑坡的直接原因[2]。后经2009年雨季,由于受到人类工程活动及降雨等多方面因素的影响,滑坡变形迹象进一步加剧,滑坡体后缘拉张裂缝形成贯通,坡体前缘局部部分土体发生滑塌,坡体中部部分树木发生倾倒。本文选取了一条滑坡体主剖面,使用极限平衡法对滑坡体在天然、降水、地震等3种不同工况下的稳定性进行了评价,并对该滑坡体的形成机理进行了分析,为滑坡体后期开展治理工作提供了必要的依据。     

地震作用下岩羊村滑坡稳定性与失稳机制研究

以云南香丽高速公路沿线的岩羊村滑坡为研究对象,开展了滑坡动力稳定性评价及失稳机制研究:进行了不同烈度地震下的滑坡稳定性分析,采用滑带弹性区体积占比的变化反映其失稳过程,结合滑坡变形破坏模式,对滑坡整体稳定性进行评价;针对极限地震工况,分别从时间和空间角度描述滑坡失稳过程;建立了同时考虑滑带弱化和硬化的滑坡尖点突变模型,揭示了滑坡失稳的触发机制。研究表明:滑坡在区域Ⅷ度地震烈度条件下基本保持稳定,在锁固段的"锁固作用"下滑坡仅发生局部破坏;滑坡发生整体失稳的临界峰值加速度为2.29 m/s²,其失稳机制为在前缘牵引、后缘拉裂作用下,滑带塑性区贯通导致的整体失稳;地震作用下滑带前缘、中部、后缘并非同步破坏,表现为累积-触发效应;利用改进尖点突变模型推导了刚度效应失稳判据,揭示了滑坡整体稳定性与滑带介质的刚度及尺寸特性密切相关。研究结果为岩羊村滑坡的防治与抗震设计提供了指导,并可为同类工程的动力稳定性评价与失稳机制分析所借鉴。     

一种改进的用于滑坡分析的极限平衡方法

提出一种改进的极限平衡方法,考虑条块间的作用力并根据坡角的梯度来确定条块间作用力的方向,较以前的方法更接近实际。应用该方法分析了几种常见的情况。分析了滑动面角度变化、地震加速度、土体含水等情况下的结果,并与圆弧滑动方法的结果进行了对比。     

席家院子滑坡形成机理与稳定性评价

席家院子滑坡位于四川省广安市华蓥市,为一"浅层土质牵引式滑坡总方量约5.5×10~4m~3,该滑坡主要威胁对象为滑坡体前缘的28户112人的生命安全及基础水利、电力设施和公路安全,威胁资产约500万元。本文在充分收集相关资料的基础上,论述了滑坡区的工程地质特征,研究了滑坡的发育特征和形成条件,分析了滑坡的演化机理及变形破坏特征。通过经验、试验及反演计算综合确定了滑坡岩土体物理力学参数,并采用极限平衡法对滑坡在自然工况,暴雨工况、地震工况等3种不同工况下的稳定性做出了评价。为该滑坡体后期开展治理工作,提供了必要的依据。     

滑坡稳定性检算中几个问题的探讨

着重讨论了三方面的问题。第一部分讨论了折线形滑动面滑坡稳定性检算的判定指标。除现行较常用的最终剩余下滑力只指标外,提出了KT型和R／K型两种判定滑坡稳定程度指标的计算方法;第二部分对“分段平衡法”、“总和平衡法”、“水平投影法”等几种计算稳定系数的方法作了比较分析,提出了它们各自的实际意义,优缺点和适用范围;第三部分讨论了K值在检算滑坡稳定性、反算抗剪强度指标及计算滑坡推力时的不同概念。     

税湾地震黄土滑坡的岩土动力特性及其稳定性评价

黄土滑坡体的稳定性是一项重要的地质调查内容,需要结合区域地震地质条件进行评价。对天水市麦积区税湾某黄土滑坡体采用并行电法探测和数值模拟2种手段进行论证评价。通过并行电法对滑坡体进行精细分层探查,确定滑坡体的赋存状态及主滑面特征参数,精确构建税湾滑坡体的数值模型,进一步分析其在地震荷载作用下的动力响应特征;同时,采用多种方法计算滑坡体在自然状态、小震和大震3种情况下的稳定安全系数,其中利用强度折减法所得系数分别为2.942、1.99和0.683,结果表明,大震情况下该黄土滑坡体将发生滑动破坏。其过程为早期在滑坡体上部出现拉裂破坏、中下部出现剪切破坏,随着震波的持续加载,斜坡上下剪切应变高值贯通,滑面形成。采用现场探测和数值模拟相结合的评价方法及其所取得的结果,可为当地滑坡防治提供指导,为类似滑坡的稳定性评价提供参考。     

库区滑坡的次生灾害分析与研究——以藕塘滑坡为例

滑坡除直接成灾外,还会产生次生灾害,滑坡体落入江河中,可形成巨大涌浪,造成较大的危害。涌浪高度除受滑速、失稳体积、水深等重要因素的影响外,波浪的形成还要受水库地形、库面宽度、滑坡入库过程的持续时间以及滑坡体的宽度等因素的影响,尤其在峡谷地区更为显著,且波浪在传播过程中,还受到河谷两岸的阻碍、往返的折射以及波群的相互干扰或迭加等影响。以藕塘滑坡为例,在滑波局部失稳情况下采用潘家铮涌浪算法,计算和预测滑体冲入库区后的滑速和造成的涌浪高度,并且考虑了地震作用和滑坡前缘泡在水中所产生的阻力。     

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。     

樟木堆积体斜坡动力稳定性与极限承载力评价

樟木位于喜马拉雅山中段,是中国与尼泊尔的重要通商口岸,也是中尼公路的咽喉。特殊的地质地形条件和丰富的降水为地质灾害的发生提供了充分条件,区域内滑坡地质灾害发育。大量房屋建筑修建于樟木滑坡堆积体之上,滑坡灾害严重威胁到当地人民群众的生命财产安全和口岸经济的发展。目前,大量有关樟木滑坡堆积体稳定性的评价只考虑了暴雨条件和通过强度折减简化的地震作用,而忽略了地震的动态作用过程和人类活动的影响。为了精确论证该堆积体在动力载荷作用下的稳定程度,笔者在野外调查的基础上,计算了地震和车辆震动等极端工况下的动态安全系数,并按照地形条件、地质特征及已有滑坡分布状况,分区块评价其极限承载力。结果表明,堆积体古滑坡基本稳定,但前缘和后缘区块的承载力偏低;现代滑坡稳定性较差,没有进一步的承载空间,应禁止增加表观荷载。结论为系统治理樟木滑坡灾害,优化樟木建设用地布局和确保口岸的可持续发展提供了科学支撑。     

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.     

藕塘古滑体在三峡水库形成后的稳定性分析

采用极限平衡和三维弹塑性有限元分析方法,对藕塘古滑体在三峡水库形成后的稳定性进行了计算分析。计算中考虑了水库水位变化、渗透压力、建筑荷载以及地震等诸多因素对滑体稳定性的影响,并给出了滑体失稳的临界破坏条件,为库区移民迁建新址的勘察工作提供了量化的论证。