强度折减法在地震区的边坡稳定性分析与研究

将边坡的安全稳定系数作为岩土体参数折减系数对岩土体参数进行折减,采用有限元软件ANSYS进行了三维动力分析,求得地震作用过程中边坡稳定性系数,通过边坡深部及坡面的横向加速度和位移时程曲线研究了高边坡的动力特性,从而为合理选择支挡结构奠定了理论基础。     

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明:两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且随地震作用次数的增加,坡体损伤(表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通)不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。     

岩石边坡地震作用近似计算方法

岩石边坡稳定性分析中如何合理地考虑地震作用是有关工程技术人员非常关心的问题。在大量有限元动力计算的基础上，分析总结了岩石边坡地震动力系数的分布规律，提出了一个简便易行，又能在一定程度上合理体现岩石边坡地震动力响应特征的岩石边坡地震作用近似计算方法。     

侵爆荷载作用下岩质边坡稳定性分析

基于统一强度理论,考虑中间主应力效应和强度准则差异的影响,采用拟静力惯性力法、刚体极限平衡法和瑞典圆弧法,推导侵爆荷载作用下岩质边坡动力稳定系数的表达式,研究不同工况下岩质边坡的动力稳定性能,计算边坡滑体的最大滑裂高度及边坡失稳工况下单位宽度最大滑塌量,分析不同参数对边坡动力稳定系数的影响特性。研究表明:该计算式包含了一系列基于不同强度准则的静力稳定系数和动力稳定系数,可以有效地预测侵爆荷载作用下岩质边坡的动力稳定系数、最大滑体高度及单宽最大滑塌量的上限值和下限值,具有较广泛的适用性;考虑中间主应力效应越多或选用考虑中间主应力效应越多的强度准则,边坡的动力稳定系数越大;爆心深度越深或炸药量越大,边坡的动力稳定系数则越小。     

考虑不同程度竖向加速度影响的边坡位移分析

在地震诱发边坡失稳的稳定性分析中,为展示边坡动态破坏过程,常常使用永久位移的量化指标,而竖向地震动的影响一直是分析坡体永久位移时一个存在争议的问题。基于经典的Newmark法,采用竖向地震系数λ表示竖向地震惯性力作用程度,输入台站实测到的经典三大地震波形,对比不同程度竖向地震动对于边坡永久位移的影响,研究结果显示:考虑竖向地震荷载的存在对于边坡的影响尤为显著,考虑竖向地震系数λ为正时,最高可以达到不考虑竖向加速度永久位移的两倍之多;而分析不同大小坡度对于永久位移影响时,坡角较小的边坡容易产生更大的位移增长率。因此在抗震设计时,不可忽略竖向加速度对于边坡的影响。     

黄土丘陵区边坡动力响应及震陷变形分析方法

黄土丘陵区易发生震陷型边坡失稳。通过动力离心模型试验和有限差分非线性动力分析方法研究地震时黄土边坡的动力响应及变形机制,探究了地震作用下概化黄土边坡的加速度及位移响应,提出了基于动单剪试验条件下黄土震陷系数经验公式及黄土场地震陷量估算方法,并应用于黄土边坡震陷变形计算。结果表明：黄土边坡对地震荷载具有放大效应,加速度放大系数沿高程呈非线性增大,且坡面动力放大效应大于坡体内部;边坡的震陷量与土层厚度关系密切,土层震陷系数随高程呈对数式增加;地震作用下黄土边坡的破坏形式是水平滑移变形与竖向震陷变形双向耦合的结果,震陷变形表现显著,边坡向临空面滑动,坡顶张拉裂隙和坡面错位裂隙大量发育,震陷沉降不均导致坡面形成错位阶梯。     

水平地震动作用下平台宽度对边坡动力响应及稳定性影响

采用有限元软件建立多级边坡计算模型进行数值模拟,分析水平地震作用下不同高程处平台的宽度对边坡动力响应及稳定性的影响。计算结果表明:增加平台宽度,对边坡的位移、加速度响应均有不同程度的影响,增加中部平台的宽度,对边坡加速度响应有更为显著的减缓效果;在地震动作用下,边坡首先从坡脚处产生剪切变形,并逐渐沿坡体向坡顶处延伸,边坡的剪切应变随平台宽度的增加而显著减小;随着不同高程处平台宽度的增加,边坡的静、动力稳定性均有所增加,增加中部平台的宽度对提高边坡的动力稳定性的效果更为显著,在边坡工程设计中,应考虑适当加宽中部平台宽度;此外,在不同地震烈度条件下,随着平台宽度的增加,边坡动力稳定性的增幅呈规律性变化。     

基于强度折减的边坡动力安全系数确定方法研究

地震边坡稳定性分析已成为岩土工程界和地震工程界抗震减灾研究的重要课题之一。通过数值分析对土质边坡地震动力响应规律进行研究,发现边坡上PGA分布突变点的连线与潜在滑动面位置存在较好的对应关系。据此可通过PGA分布突变点的连线轮廓来大致确定边坡的潜在滑裂面,同时,这些PGA分布突变点可以选定为判定坡体临界稳定状态的关键点。基于强度折减法,以关键点的相对位移作为边坡动力破坏的控制性指标,结合地震特征位移和安全系数来评价边坡的动力稳定性,以特征位移与强度折减系数曲线上的特征位移产生突变时对应的强度折减系数作为边坡的地震动力安全系数。     

地震作用下边坡的共振响应研究

根据结构动力学理论,建立了边坡共振的力学模型.通过数值模拟的方法研究边坡在地震作用下的共振特点.数值分析结果表明:在水平地震作用下,地震波频率与边坡的第二阶固有频率一致时,才会发生共振.在模态分析时发现,边坡的第二阶固有频率所对应的振型为水平向振动.边坡发生共振时,越靠近坡面水平向位移越大,随坡高的增加,水平向位移也在...     

反倾层状结构岩质边坡动力响应特性及破坏机制振动台模型试验研究

 采用物理模型试验,研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。试验结果表明：(1)加速度放大系数具有随坡高而增大,且越接近坡顶放大越明显的非线性高程效应及越接近坡表放大越强烈的非线性趋表效应。(2) 基本以3/4坡高为界,此高度以上,边坡水平加速度放大效应明显高于垂直加速度,而此高度以下,垂直加速度放大效应较明显。(3) 地震波频率对加速度放大系数影响最大,当地震波频率越接近坡体自振频率时,加速度放大越明显,且边坡出现波动特性的坡高越低。(4) 加速度峰值不改变动力加速度放大系数在坡体内的分布,但加速度峰值越高,边坡动力加速度放大系数越大。(5) 反倾层状结构边坡在地震力作用下的破坏过程主要为：地震诱发→坡顶结构面张开→坡体浅表层结构面张开→浅表层结构面张开数量增加、张开范围向深处发展,且坡体中出现块体剪断现象→边坡中、上部及表层岩体结构松动,坡体内出现顺坡向弧形贯通裂缝。试验中出现的变形分带现象进一步证明了动力加速度放大系数在坡体内分布的非线性。     

核电厂边坡地震动力响应研究

 将大型、复杂条件核电厂边坡简化为含结构面的单自由面柱体模型和多自由面斜坡模型,研究地震波前处理和输入、人工透射边界设置,模拟简谐波和地震波的传播、反射、振荡和衰减规律,比较理论解和数值解的吻合性,采用强震记录分析边坡地震时程响应规律。研究表明：地震波在柱体模型的单自由面上产生放大效应和反射,在软弱夹层处产生反射和透射。约束边界反射地震波,设置黏滞吸收边界和自由场透射边界则有效消除反射现象。地震波在斜坡模型的斜面上产生多次自由面放大效应,且放大效应随着高程增大而增大。地震作用下各向异性斜坡的自由面放大效应较之各向同性斜坡强烈,软弱夹层处产生较大的相对滑移和永久变形,各向异性条件下更不利于边坡的抗震稳定。     

土体含水率对边坡动力破坏模式及动力响应影响的振动台试验研究

正确认识地震作用下边坡的破坏模式及动力响应特征可以为边坡抗震设计提供理论指导。为了探讨边坡土体含水率的变化对边坡破坏模式及动力响应的影响,针对该问题展了室内振动台模型试验,分析了不同含水率边坡失稳破坏的物理过程,以及在地震荷载作用下边坡动力响应规律。试验结果表明土体含水率对边坡破坏模式有较大影响,含水率6.8%和10%的砂土边坡分别表现为震裂–溃滑型和震裂–溃散型滑坡破坏形式,含水率18.1%和24.6%的黏土边坡分别表现为震裂–溃散性和震裂–蠕滑型滑坡破坏形式;在参数考虑的范围内含水率较大的边坡比含水率较小的边坡更稳定;在水平动力载荷作用下,边坡表面的土体位移变化规律能够反应出边坡失稳破坏特征;对于该文讨论的砂土和黏土边坡而言,含水率大的边坡加速度放大效应弱于含水率小的边坡;从土体阻尼角度解释了含水率变化对边坡失稳影响的机理。     

基于数值流形法的土质边坡动力稳定性分析

由于对NMM动力作用下边坡的稳定分析研究较少,利用数值流形法（NMM）对这一问题进行了分析研究,引入黏性阻尼来耗散系统的能量,通过算例验证了NMM求解边坡永久位移的有效性;利用地震动力时程分析得到的边坡应力场计算出了边坡的动力安全系数时程曲线,并搜索得到地震时程下最小安全系数及其对应的边坡最危险滑裂面,将该最危险滑裂面模型作为NMM的计算模型进行永久位移的计算且与Newmark法得到的结果进行对比,两者结果相近。结果表明：NMM可有效进行边坡动力稳定分析、模拟计算边坡的永久位移。     

开挖及动荷载作用下边坡响应的DDA方法研究

对适用于分析边坡在开挖及动荷载作用下的响应情况的不连续变形分析(DDA)方法进行研究。首先,利用基于生死单元的DDA方法模拟边坡的开挖过程,并分析边坡的开挖变形,通过与有限元法计算结果对比,证明该方法的正确性;其次,为克服传统的DDA方法不考虑介质中产生的散射波在边界的反射问题,实现基于黏性边界理论的地震波输入方法;此外,在DDA方法中引入自由场边界,通过实例分析表明在利用DDA方法进行动力分析时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加黏性边界的模拟效果。将改进的DDA方法运用于边坡工程的动力响应分析,通过与经典有限元法的对比,证明了改进DDA方法的正确性。     

水平和竖向地震作用下顺层岩质边坡动力可靠性分析

由于传统顺层岩质边坡地震可靠性分析往往是基于拟静力法,忽略了地震的动力特性,而基于数值模拟软件的地震时程分析法虽能考虑地震的动态性,却相对费时费力,该文同时考虑了地震的动力特性和强度参数随机性,提出顺层岩质边坡动力可靠性分析方法。运用Wilson-θ法和Matlab/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应简化计算方法。根据响应结果,运用Monte Carlo法计算了边坡的动力可靠度,并提出采用整体最小平均可靠度来评价边坡的地震整体可靠性。在此基础上,进一步分析了水平和竖向地震作用的叠加模式对顺层岩质边坡可靠性的影响。算例分析表明,提出的地震响应简化计算方法具有较高的计算精度和效率。该文可靠度分析方法低估了边坡的地震可靠性。与水平地震作用相比,竖向地震作用对顺层岩质边坡可靠性的影响也很明显。常用的水平和竖向地震作用的峰值叠加模式并不能充分地体现出双向地震的最大作用叠加效果,而采用双向地震的最大作用叠加模式更偏于工程安全。     

岩质边坡动力稳定性分析的几个要点

 重点讨论动荷载作用下岩质边坡稳定性的3个基本问题：(1) 动荷载作用下裂隙岩体的力学特性;(2) 边坡动力响应及安全评价;(3) 边坡加固措施(主要指锚索)在动力荷载作用下的安全性问题。在总结多年来的工作经验与研究积累的基础上,探讨边坡动力稳定性评价方法,特别是对于在地震、爆破动荷载作用下,岩质高边坡稳定性的安全评价;总结提出岩体在动荷载作用下的强度特性与研究重点;系统分析岩质边坡的动力响应;提出从动安全系数走向、潜在滑动面的动态开裂和滑移及边坡关键点的质点振动速度3个方面来评价边坡动力稳定性的思路与方法;最后就如何评价边坡预应力锚索加固措施在动荷载作用下的安全性提出科学的设计原则与评价指标。     

地震荷载作用下绵茂公路高边坡动力响应及稳定性

结合在建的四川绵茂公路高边坡,采用有限元—无限元耦合动力分析法,以512汶川波为地震荷载输入,研究了由不同岩土体材料组成的公路高边坡在地震荷载作用下的动应力、动位移及加速度响应特征,同时利用强度折减法分析了边坡在极限稳定状态下应力及应变分布状况,确定了边坡在地震力作用下的潜在不稳定区域.为绵茂公路及类似工程的边坡的治理措施提供参考.     

边坡在地震作用下的加卸载响应规律研究

将作用在边坡上的地震力视为对边坡的加卸载，应用动力有限单元法和加卸载响应比理论开展边坡的全时程动力分析，建立了地震边坡加卸载响应模型，以边坡位移、位移速度、位移加速度为响应参数讨论了地震过程中边坡加卸载响应比的变化，提出了以加卸载响应比判断地震边坡稳定性的新思路，研究结论可推广应用于所有具有周期荷载特征的边坡动力稳定性分析。     

地震荷载下三维边坡动力稳定性分析

 边坡的动力稳定性分析一直是岩土工程领域的难点。为研究矢量和法在三维边坡动力稳定性分析中的应用,从三维均质边坡出发,给出了一种将矢量和法与动力有限元法相结合的三维边坡动力稳定性分析方法,并给出其具体计算过程。最后,将该方法运用到大型堆积体边坡的动力稳定性分析中。该边坡的动力分析表明,三维边坡动力响应规律受地形的影响很大,堆积体对地震波具有较好的吸收效果;在6.5级地震(峰值加速度0.2 g)作用下,稳定性计算表明,堆积体Q1与Q2的平均安全系数分别为1.47,1.23,最小安全系数分别为1.33,1.18,可认为边坡在该地震荷载下能够保持稳定。     

斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究

以"5·12"汶川地震灾区典型斜坡为原型,采用水平层状上硬下软和上软下硬2种岩性组合概念模型,设计并完成比例1:100的大型振动台试验。在满足相似律的条件下,通过输入不同地震波类型、频率、激振方向和振幅,系统地研究模型斜坡的地震动力响应特性。以输入加速度峰值0.3g为例,分析不同岩性组合模型斜坡在单向天然地震波作用下的同向加速度动力响应规律,研究结果表明,加速度沿竖直和水平方向的响应都呈现明显的非线性特征;总体上,高程对地震波具有明显的放大效应。在水平向地震波作用下,斜坡的动力响应主要出现在斜坡的中上段,而在同等强度的激振力作用下,竖直向加速度最大放大倍数仅相当于水平向加速度最大放大倍数的1/2左右,且动力响应较强部位主要出现在斜坡的中下段。不同岩性组合结构对加速度响应规律的影响也因激振方向不同而异,在水平向地震波作用下,上硬下软组合斜坡总体上要比上软下硬组合斜坡对加速度的放大程度大,在竖直向地震波作用下则相反。通过对比坡面不同高程处的加速度傅里叶谱表明,在地震波从下往上传播过程中,上硬下软斜坡对起放大作用的频段具有明显的选择性,竖直向激振条件下对2种岩性组合斜坡加速度起放大作用的卓越频率比水平向激振条件下的卓越频率大得多。