一种基于拟动力法和剩余推力法的地震边坡稳定性分析新方法

由于常用的拟静力法存在诸多局限性,将更合理的拟动力法与边坡极限平衡分析法相结合对地震边坡稳定性分析具有重要的理论和实际意义。基于拟动力法与边坡极限平衡分析中的剩余推力法,推导了考虑振动放大效应的边坡地震力求解公式及地震边坡剩余推力计算公式。在此基础上,借助MATLAB软件编写了计算地震边坡剩余推力和安全系数的程序,得到了一种拟动力地震边坡稳定性分析新方法。应用已开发的程序,通过算例分析,讨论了地震动特性、坡体材料特性、坡体几何形状、地形放大效应对地震边坡稳定性的影响。研究表明：地震边坡安全系数随输入地震动的初始相位呈周期性波动变化,且土体放大系数不会改变其波动周期;地震边坡安全系数随地震系数、土体放大系数、地震动波长与坡高比值的增大而减小;当不考虑振动放大效应时,λ/H等于2是拟动力安全系数由急剧减小到趋于稳定的转折点,λ/H值越小,拟动力安全系数与静力安全系数越接近,λ/H值越大,拟动力安全系数与拟静力安全系数越接近;当考虑振动放大效应时,拟动力安全系数可能小于拟静力安全系数,因此,无论从安全还是经济的角度出发,拟动力法都比现行的拟静力法更合理,应该是地震边坡稳定性分析的首选方法。     

土体强度各向异性基坑的抗隆起稳定性分析

天然土体通常为非均质、各向异性土体,目前常用的基坑抗隆起计算方法多是针对均质各向同性土体的。采用非均质非线性各向异性岩石破坏准则,考虑土体原生各向异性,假定Prandtl破坏模式,采用地基承载力模式进行基坑的抗隆起稳定性分析。根据滑移线理论计算承载力,利用有限差分法结合边界条件编制出相关计算程序,并定义基坑抗隆起稳定性系数。研究表明,各向异性比的提高会降低安全系数;内摩擦角和插入比的增大可有效提高基坑的稳定性。     

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。     

土体抗拉强度对均质边坡稳定性的影响

目前对均质边坡稳定性受岩土体抗拉强度影响程度的看法不一,尤其是对不同坡度的边坡受抗拉强度的影响甚至有相反意见。基于有限差分程序FLAC^3D提供的考虑张拉-剪切复合破坏的Mohr-Coulomb准则,采用强度折减法对多个典型均质边坡进行一系列数值计算,研究土体抗拉强度对不同坡度边坡稳定性的影响。结果表明：边坡越陡,土体抗拉强度对安全系数的影响越大;抗拉强度取值对直立边坡的稳定安全系数及变形破坏特征影响显著,对45°及以下边坡的影响相对较小。总体来说,对于坡角超过60°的陡坡,土体抗拉强度不同引起的边坡安全系数变化幅度可达10%以上,应在边坡稳定分析中特别注意,避免因土体抗拉强度取值过大或过小而导致计算结果偏于危险或过于保守。     

加筋土挡墙地震稳定性的拟动力分析

为研究不同筋材条件下加筋土挡墙地震稳定性,采用两种简化破裂面形式;由于拟静力法的局限和加筋土挡墙的成层特性,对水平和竖向地震力同时作用下的加筋土挡墙,运用拟动力法和水平条分法推导出其筋材拉力总和与临界破裂角的计算公式。算例分析结果表明,筋材拉力总和随着地震加速系数、回填土重度或者滑动体上部超载的增大而增大;随着土体内摩擦角或者填土黏聚力的增大而减小;当条件相同时,可延展性筋材所承受的筋材拉力总和大于不可延展性筋材所承受的。与拟静力法和规范中的方法比较,基于拟动力法的加筋土挡墙的设计也更加经济。     

基于植被护坡的河道坡岸稳定性分析

本文采用Geostudio中slope/w软件对有植被和无植被情况下的边坡进行数值分析。研究结果表明,同一根系深度下,边坡安全系数随坡角的增大而减小,而同一坡角下,边坡安全系数与根系深度同样成正比;同一根系深度下,根系角度对边坡的安全系数几乎没有影响,但安全系数随根系深度的增加而增加。最后,同一树倾角下,边坡安全系数随着树间距的增大而减小,但树倾角最大,树间距对边坡的安全系数影响越大。当树间距一定时,边坡安全系数随树倾角的减小而增加。研究成果可为相关工程提供参考。     

加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

基于强度折减法的土石混合体边坡长期稳定性研究

土石混合体边坡是自然界中常见的一种边坡类型,具有明显的不均匀性和不连续性。土体的蠕变是造成土石混合体边坡变形及失稳的主要原因之一,而目前关于土石混合体边坡稳定性的研究几乎均未考虑土体的蠕变性。首先运用数字图像处理技术对我国某水电站库区的一个土石混合体边坡进行建模,而后利用FLAC3D软件中的强度折减法对其进行稳定性分析,并着重研究了土体的蠕变特征及其蠕变参数对土石混合体边坡变形及稳定性的影响。计算结果表明,土体的蠕变特征会明显降低土石混合体边坡的安全系数,增大边坡变形,进而对边坡的稳定性造成不利影响;其中蠕变黏性系数对边坡的长期稳定性具有较大影响,黏性系数越大,则土石混合体边坡的安全系数越低。     

季冻区土质路堑边坡浅层含水率变化研究

采用现场实测和室内试验相结合的方法,研究季节性气温变化、边坡深度、坡面植物种类和坡面朝向等因素对边坡土体含水率变化的影响规律。结果证明：边坡土体冻结过程中,水分向冻结区迁移;随着冻结深度增加,含水率的变化也会向深处发展;坡面木本植物比草本植物有更明显的吸水作用;边坡含水率和土体温度的变化影响土体的强度,边坡土体温度在0℃以上时,土体强度主要受含水率变化的影响,当土体温度在0℃以下时,强度主要受温度变化的影响;三轴试验证明：边坡土体的黏聚力首先随着含水率的增加而增大,含水率达到15 %以后,边坡土体的黏聚力随含水率的增大而减小;边坡土体的内摩擦角基本上是随着含水率的增大而减小。研究成果可为季节性冻土地区高等级公路路堑边坡冻融失稳的预警提供判据。     

地震效应和坡顶超载对均质土坡稳定性影响的拟静力分析

基于强度折减技术和极限分析上限定理,假定机动容许的速度场破坏面,考虑坡顶超载、水平和竖向地震效应影响推导了边坡稳定性安全系数的计算表达式。采用序列二次规划迭代方法（和内点迭代方法）对边坡安全系数目标函数进行能量耗散最小化意义上的优化计算,与多个算例的对比验证了其方法和程序计算的正确性;对影响土质边坡动态稳定性的一些因素进行了参数分析,分析表明：随着边坡倾角?、坡顶超载q、水平和竖向地震效应影响系数的增大,边坡稳定性安全系数显著下降;随着坡顶超载q、水平地震效应影响系数kh的增大、竖向地震效应影响系数kv的减小,边坡的潜在滑动面越来越深,潜在破坏范围越来越大。竖向地震效应对边坡稳定性也有一定影响,强震条件下的设计计算必须考虑竖向地震效应的影响。     

Pseudo-static Analysis of Reinforced Earth Retaining Wall considering Non-linear Failure Surface

The seismic stability of reinforced earth has been investigated in this paper using pseudo-static method of analysis considering horizontal and vertical seismic acceleration with non-linear failure surface. The sliding wedge is divided into a number of horizontal slices to determine the strength and length of the geo-synthetic reinforcement for seismic internal stability of battered face rigid retaining wall supporting c-Φ backfill. Results are presented in graphical form representing the required length of geo-sythetic reinforcement under seismic condition to maintain the internal stability of reinforced soil. The influences of horizontal and vertical seismic acceleration, soil friction angle, cohesion, adhesion and wall inclination angle on the required length of the geo-sythetic reinforcement have been studied. From the present study it is seen that the required length of geo-synthetic reinforcement increases due to increase in the value of seismic accelerations.     

River bank erosion control by soil nailing

A study has been done for analysing soil nailed cuts with circular type wedge failure by friction circle method. Various parameters such as nail length, nail diameter, nail inclination, wall inclination and angle of internal friction of soil have been considered to determine the factor of safety of nailed open cuts. The study shows that for cohesionless soil nailed cut, factor of safety increase with increase of parameters like angle of internal friction of soil, length of nail (L) versus height of cut (H) ratio, cohesion of soil and nail inclination (upto 15°) with horizontal. The study revealed that nails grouted with cement perform better than driven nails. A case study further confirms the analytical findings. Received 7 October     

考虑土拱效应的倾斜滑移面间竖向应力研究

假定两滑移面相互平行,且与水平面呈一定角度?,对滑移面间土体沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力和竖向力的平衡条件,基于土体主应力轴旋转理论,得到考虑土拱效应及倾斜角度的倾斜滑移面间竖向应力的理论公式,及对应不同倾斜角度及滑移面-土摩擦角的土侧压力系数。将得到的理论公式与Handy等公式进行比较,验证了该公式的合理性。研究结果表明：对于无黏性土,竖向应力沿深度先近似线性增大,后增加缓慢并逐渐趋于定值。竖向应力随着倾斜角度和滑移面间距的增大而增大,随滑移面-土摩擦角的增大而减小;土侧压力系数随着滑移面-土摩擦角的增大而增大,而随内摩擦角的增大而减小。     

Seismic active earth pressure on walls with bilinear backface using pseudo-dynamic approach

This paper presents a study on the seismic active earth pressure behind a rigid cantilever retaining wall with bilinear backface using pseudo-dynamic approach. The wall has sudden change in inclination along its depth and a planar failure surface has been considered behind the retaining wall. The effects of a wide range of parameters like soil friction angle, wall inclination, wall friction angle, amplification of vibration, variation of shear modulus, and horizontal and vertical seismic accelerations on the active earth pressure have been explored in the present study. Unlike the Mononobe-Okabe method, which incorporates pseudo-static analysis, the present analysis predicts a nonlinear variation of active earth pressure along the wall. The results have been compared with the existing values in the literature.     

A New Pseudo-dynamic Approach for Seismic Active Soil Thrust

A critical review of the existing pseudo-dynamic approach is provided and a new pseudo-dynamic approach is proposed based on a visco-elastic behavior of backfill overlying rigid bedrock subjected to harmonic horizontal acceleration. Considering a planar failure surface, closed form expressions for seismic active soil thrust, soil pressure distribution and overturning moment are obtained. The results of this study indicate that the existing pseudo-dynamic method can strongly underestimate the soil active thrust especially close to the fundamental frequency of the backfill, where the soil response is more sensitive to the damping ratio. The acting point of the total seismic active thrust is always found to be higher than that predicted by the traditional pseudo-dynamic approach. The effect of the shear resistance angle and wall friction angle on the acting point increases as the amplitude of the base acceleration increases, whereas their effect is generally small far from the natural frequencies of the backfill.     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

重力式挡土墙地震旋转位移下的屈服加速度

旋转位移假设下,将挡土墙和填土看成一个系统,建立挡土墙在地震作用下的旋转破坏模式,应用极限分析上限法推导了系统外力功率和耗散功率,得到了水平屈服加速度系数的理论计算公式,并采用MATLAB语言进行数值求解,获得了破裂角和水平屈服加速度系数的数值解。计算公式考虑了填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角、竖向地震加速度系数、填土黏聚力、填土内摩擦角等对水平屈服加速度系数的影响。研究结果表明：填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角和竖向地震作用对水平屈服加速度系数的影响显著,在实际工程设计中需合理取值以达到安全经济的目的。     

Seismic Passive Earth Pressure on Walls with Bilinear Backface Using Pseudo-Dynamic Approach

By using pseudo-dynamic approach, a method has been proposed in this paper to compute the seismic passive earth pressure behind a rigid cantilever retaining wall with bilinear backface. The wall has sudden change in inclination along its depth and a planar failure surface has been considered behind the retaining wall. The effects of a wide range of parameters like soil friction angle, wall inclination, wall friction angle, amplification of vibration, variation of shear modulus and horizontal and vertical seismic accelerations on the passive earth pressure have been explored in the present study. For the sake of illustration, the computations have been exclusively carried out for constant wall friction through out the depth. Unlike the Mononobe-Okabe method, which incorporates pseudo-static analysis, the present analysis predicts a nonlinear variation of passive earth pressure along the wall.