Newmark滑块分析法评价土质边坡地震稳定性的研究进展

Newmark滑块分析法是评价边坡地震稳定性的一种实用方法,已广泛应用于边坡地震永久位移的计算中。主要针对近几十年来Newmark滑块分析法的发展及应用进行回顾,包括传统的Newmark刚塑性滑块法、Makdisi-Seed法、简化地震位移法、Bray-Travasarou概率分析法、耦合多滑块Newmark法和振动台模型试验,并进行简要论述,指出上述方法存在的问题和今后的发展方向。     

水平与竖向加速度-时程曲线叠加效应下边坡永久位移计算的极限上限分析

实际边坡动力稳定性受地震竖向与水平方向效应共同作用,传统边坡地震永久位移计算方法较少考虑竖向地震波影响,采用实际地震的竖向与水平方向加速度时程曲线共同效应更符合工程实际。基于极限分析上限法和Newmark刚塑性滑块模型,提出一种基于实际水平向与竖向地震加速度时程曲线的边坡永久位移计算改进方法,以3个工程边坡为例,探讨了两组具有代表性实测典型水平和竖向地震地面运动记录对边坡地震永久位移计算的影响。研究结果表明:不考虑竖向地震加速度时程曲线时,本文方法可蜕化为与前人方法兼容;不同地震波的竖向与水平地震动时程曲线的叠加效应不同,竖向地震对边坡永久位移的影响不可忽略。     

基于Morgenstern-Price法边坡三维稳定性分析

 工程中边坡滑裂面通常都是三维空间上的一个曲面,采用传统的二维稳定性分析方法对其进行分析与实际不符。Morgenstern-Price极限平衡条分法(M-P法)是最严密的边坡二维稳定性分析方法,将其拓展并引入边坡三维稳定性分析中。通过类似于M-P法的条间力假定,建立一种新的边坡三维稳定性分析方法—基于M-P法边坡三维极限平衡分析法。给出2个验证算例,与现有几种方法对比计算结果表明：该法不仅计算结果更可靠,而且力学模型更为严谨,计算公式简便且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

基于极限平衡原理的地震边坡浅层和深层耦合滑移分析

边坡地震位移是评价边坡地震稳定性的重要指标,现有的地震位移分析方法主要针对单一滑动面边坡。基于Spencer极限平衡分析原理,提出了一种滑面为非平面的双滑面土质边坡地震位移计算方法。该方法基于考虑惯性力的极限平衡条分法建立双滑面滑块体系在地震过程中的动力平衡方程,考虑地震引起两个滑动面滑移变形过程中浅层和深层滑体之间的相互影响。将研究方法的结果与有限差分软件FLAC的数值模拟结果进行对比,证明了方法描述地震引起边坡浅层和深层耦联滑移变形模式的合理性和正确性;并将建立的方法分别用于分层土堆积层边坡以及川藏俄岗公路老折山边坡,阐明了该方法用于实际双滑面边坡地震位移计算的可行性。     

坡面沉桩边坡动态稳定性三维极限上限分析

 采用极限分析上限法,建立土质边坡坡面沉桩动态稳定性三维计算模型,研究沉桩力、桩土间横向力等对边坡动态稳定性的影响。通过算例计算,对整个沉桩过程中边坡抗滑稳定安全系数的变化规律及其内在机制进行深入研究,并分析桩径、沉桩位置、坡角对边坡抗滑稳定安全系数的影响规律。结果表明：沉桩力对边坡稳定性产生不利影响,导致沉桩前期边坡安全系数持续降低;桩体穿过破坏面后,边坡安全系数由于桩身的抗滑作用而显著提高。桩径越大,沉桩前期安全系数越低,其下降速度也越快,但桩体穿过破坏面后安全系数提升也越明显;沉桩位置越靠近坡顶,沉桩过程中安全系数下降速度越快,导致最危险点的安全系数越低;坡角越大,沉桩过程中整体安全系数越低。分析结果对于坡面沉桩的稳定性评估及设计施工具有一定参考价值。     

边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将二维Janbu条分法进行拓展，给出了一种三维极限平衡边坡稳定性分析方法。该方法对所有条块满足力与力矩平衡关系，可适用于任何形状的滑面，包括地质分层和水压力等复杂条件。该方法发展了传统条分法中只给出坡体总体稳定性系数的作法，根据滑面的几何特征，进一步分析了各条块独立的稳定性系数及各条块的潜在滑动方向。另外，该方法承袭了用二维Janbu法分析的优缺点。最后对一个实际滑坡进行了稳定性分析。     

一种基于Morgenstern-Price法假定的三维边坡稳定性分析法

 通过侧向剪力系数和侧向剪力分布函数对条间力进行假定,提出所有条柱满足3个力的平衡、滑坡体满足3个力矩平衡的三维边坡极限平衡分析法,可看作是二维Morgenstern-Price法的三维扩展。利用滑体力的平衡条件和边界条件分别得到条柱各行和各列的安全系数,再利用滑体整体力矩平衡条件确定侧向剪力系数?1,?2,?3,?4。该法考虑了所有条间剪力对安全系数的影响,采用直接迭代法求解,提高计算效率。算例分析表明,对于对称边坡,侧向剪力系数?1,?3,?4对安全系数影响不大;对于非对称边坡,?4对安全系数影响也不大,且获得的安全系数均与已有文献结果接近。非对称复合滑动面算例还表明,简化方法给出的安全系数不一定偏于安全。     

基于黏着滑动耦合动力分析的Newmark滑块位移法

基于摩擦滑移结构的抗震机制,在动力响应分析中考虑塑性滑动位移与加速度响应之间的关联性。当滑动体发生滑动时,将滑动加速度作为附加惯性荷载直接引入动力平衡方程的右端荷载项,联立滑动体底部的平衡方程,利用振型叠加法确定滑动时刻滑动体的响应加速度和滑动加速度,进而利用Newmark滑块位移法得到该时刻滑动位移增量和累计滑动位移,直至地震结束。利用上述方法对Wartman振动台试验中所采用的可变形土柱进行动力响应分析,加速度响应和滑动位移结果均与Wartman的试验结果较为一致。最后,借助重力墙挡土结构对处于共振状态下基于上述算法和传统解耦算法墙体的动力响应和滑动变形结果进行比较。计算结果表明,塑性滑动位移和动力响应之间的关联性对滑动体动力响应幅值和滑动变形均具有显著的影响,忽略两者关联性的解耦算法在滑动方向上的响应加速度幅值和累计滑移量与基于上述算法的计算结果存在较大差异,累计滑动位移和加速度的卓越周期为上述算法的2倍左右,计算结果较为保守。     

基于非线性规划的岩质边坡有限元塑性极限分析下限法研究

结合塑性极限分析下限法理论、有限元离散技术以及非线性数学规划手段,将有限元塑性极限分析法运用于岩质边坡的稳定性分析。基于非线性Mohr-Coulomb屈服条件、平衡条件、边界条件以及间断面应力连续条件,提出塑性极限分析中无厚度节理单元、等厚度节理单元的有限元模式,建立带节理单元的有限元塑性极限分析非线性数学规划模型,并提出非线性规划的求解策略。最后对3个岩质边坡的稳定性进行分析,验证该方法的可行性。     

基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析

传统方法对边坡稳定性进行分析时,不能定量考虑土体参数随机性、变异性的影响。为更好地对边坡稳定性进行评价,本文基于传统边坡稳定性计算方法,同时考虑参数的变异性和分布类型的差异,利用蒙特卡洛模拟技术,编制了相应程序。针对某匀质边坡,利用Fellenius法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法进行破坏概率计算。结果表明,安全系数大于1时,边坡仍有破坏的可能,边坡稳定性对参数变异性的敏感度不同,参数变量分布类型也会对边坡稳定性评价结果产生影响。利用可靠度方法得到的可靠度指标、破坏概率等指标,能够定量地描述各参数变异性对边坡稳定性的影响。因此,可以将可靠度的方法和确定性的方法相结合,对边坡的稳定性进行描述,为滑坡风险的评估提供参考依据。     

基于刚性块体系统的岩质边坡稳定性下限法研究

块状岩质边坡由岩块和结构面两部分组成,而且结构面的存在以及结构面的强度控制着岩体的强度和稳定性;将塑性极限分析下限法理论、块体离散技术以及数学规划手段结合起来,研究块状岩质边坡的稳定性。首先将边坡离散成为刚性块体系统+结构面的组合体,考虑岩块体与结构面的综合作用,然后基于塑性极限分析的下限定理,建立以边坡稳定安全系数为目标函数且同时满足平衡条件、屈服条件和边界条件的塑性极限分析下限法数学规划模型,进而提出了相应的求解策略并编制了计算程序。最后对4个经典算例进行了分析,得到了严格的下限解,并将计算结果与其他方法的结果进行了比较,验证了方法和程序的正确性。     

刚体离散元动力方法在基于位移的岩坡地震响应分析中的应用

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相结合,提出一种复杂岩坡静动力稳定性分析方法。初步认识表明:(1)采用极大节理刚度可以减少节理刚度带来的弹性接触位移,使得刚体离散元用于求解岩坡楔形块体的静/动力稳定性问题。(2)刚体离散元强度折减法可以无需假设块体运动方向或假定滑动形式,直接求解获取安全系数、下滑力等结果,可以考虑复杂形状块体,相比传统方法更具优势和实用性。(3)与4个经典静力算例与3个动力算例的对比验证,表明提出的刚体离散元方法及程序实现的正确性。(4)采用提出的方法,研究幅值、节理面交线倾角等参数对岩坡地震响应永久位移的影响规律研究,表明刚体离散元方法可以根据参数变化得到正确的得到相应的结果变化规律。且对比发现在某些特定条件下拟静力安全系数不能正确反映岩坡地震响应的陡增程度。(5)在工程实例中,采用刚体离散元方法进行K1块体基于位移的地震稳定性评价,给出基于超越概率的支护设计方案。相比拟静力安全系数设计方案,在满足使用条件的前提下优化程度更高。研究可为岩坡静动力稳定性分析提供一种新的思路。     

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。     

节理岩质边坡的块体元塑性极限分析下限法

结合块体元和塑性极限分析,并利用数学规划的方法,提出了一种新的岩石边坡稳定分析方法-块体元塑性极限分析下限法。针对节理岩体的力学特性,将岩体离散为块体–结构面组成的块体系统,假定块体为刚体;以结构面应力为未知量,根据塑性极限分析下限定理,构造了满足平衡方程、边界条件和屈服条件的静力许可应力场;建立了边坡稳定的下限法数学规划模型,并通过非线性规划方法寻求问题的下限解。最后对三个典型的算例进行分析,结果表明:采用本方法不需要逐个计算可能的滑动形式,而直接得到边坡稳定安全系数,结果同刚体极限平衡法十分接近。     

拱坝坝肩多块体滑动的三维极限平衡分析方法

多块体滑动是拱坝坝肩一种常见且重要的失稳模式,目前已建立的各种稳定分析方法,普遍存在一定的缺陷或局限性,如必须引入大量假定才能使问题变为静定可解,或仅讨论了各块体的滑动模式为沿底滑面与侧滑面交线的双面滑动的情况等,不适合拱坝坝肩多块体滑动问题的求解.提出了一种理论基础严格、计算步骤相对简单的三维稳定分析方法,即针对滑体...     

基于矢量和方法的边坡稳定性分析中整体下滑趋势方向的探讨

矢量和分析方法是基于力是矢量这一基本概念的分析方法,其关键在于确定边坡真实应力分布状态及整体下滑趋势方向。在边坡一定的受力条件下,利用有限元方法得到边坡应力分布状态后,不同定义的下滑趋势方向就可以得到不同的边坡滑面位置及其对应的矢量和法安全系数,通过分析,提出了3种确定整体下滑趋势方向的方法并分别对固定滑面、非固定滑面及均质边坡圆弧滑面的搜索等进行了探讨,计算结果表明:由潜在滑面各点极限抗滑能力确定的边坡整体下滑趋势方向在临界滑面位置的搜索方面是合理的。最后给出了边坡矢量和分析方法平面问题与三维问题安全系数的统一表达式,公式简洁,容易编制程序并容易被工程技术人员掌握和应用。因此该方法在工程实践中有望得到广泛的应用。     

动力分析的块体单元法(英文)

介绍了阶谱块体单元法的基本理论和应用,提出了动力分析的块体单元法表述公式。首先,简要回顾了块体单元法的发展历程,阐释了"覆盖"的新概念,介绍了块体单元法的静力平衡方程组,应用p型有限元法的形函数,将块体的位移场表达成为所谓的广义自由度的函数.然后,给出了广义质量矩阵、广义刚度矩阵和广义阻尼矩阵的具体表达式,通过它们将分布于块体内部的与时间有关的广义弹簧力、广义惯性力和广义阻尼力分别转移到覆盖单元的结点上.随后,基于虚功原理、变形协调条件和本构关系,推导了块体动力系统的控制方程组.最后,研究了一个简单算例,将计算结果和解析解进行了对比,对比结果说明了所提出方法的正确性和有效性.     

基于透明土技术土岩边坡滑移机理的模型试验研究

随着工程技术的飞速发展,土岩边坡滑移机理的研究具有重要的意义和工程应用价值。通过透明土模型试验研究坡顶荷载作用下土岩界面接触滑移机理和规律,实现了土岩边坡内部滑移变形的可视化。考虑了岩体Barton节理粗糙度系数、坡体角度和坡体高度等因素对土岩边坡稳定性的影响。利用粒子图像测速(PIV)和激光散斑技术,获得了土岩边坡在坡顶荷载作用下内部变形的特征。试验分析表明,土岩边坡的滑动可分为3个阶段:初始阶段、匀速阶段和加速阶段;在土岩边坡滑移过程中减小岩体Barton节理粗糙度系数、增大坡体高度、增大坡趾角度将引起边坡土体内部较大的位移,进而引发土岩边坡的失稳。采用双排抗滑桩的边坡防护措施后,有效地延缓边坡土体内部位移的发展,提高土岩边坡的稳定性。文中研究成果为揭示土岩边坡滑移机理及其工程防护的有效性提供了重要的理论依据,通过跟踪透明土颗粒的运动轨迹实现土体内部变形可视化的土岩边坡滑移提供了试验依据。     

边坡稳定三维分析的极限平衡方法

介绍对边坡稳定分析三维极限平衡方法的一个新解法 ,它是二维Spencer法在三维条件下的扩展。该法保证了滑坡体三个方向的静力平衡 ,同时 ,还增加了一个整体力矩平衡条件 ,行界面的条间力不再假定为水平 ,条底的剪力方向也不假定为平行于主滑平面。考题和工程实例说明了其可行性和实用性。     

基于汶川地震强震动记录的边坡永久位移预测模型

边坡的永久位移为边坡工程的抗震设计和坡体稳定性判识提供了可靠的依据。利用汶川地震时记录到的大量强震动记录,建立了基于临界加速度比、 Arias 强度和地震剩余强度的永久位移预测模型。通过能量法将实测边坡位移转换为无支护结构的边坡永久位移,并利用其检验了模型的有效性。文中提出的 3 种位移模型与回归数据具有良好的相关性,基于地震剩余强度的模型拟合效果最佳,说明永久位移与地震剩余强度具有强相关性;以临界加速度比为参数的模型简单实用;以 Arias 强度为参数的模型判定系数和预测精度均较差。研究结果表明,由于记录台站的当地效应,基于强震动记录回归的永久位移模型具有区域相关性。文中提出的模型可为四川及其邻近省份的西部山区区域地震滑坡风险评价、震后滑坡灾势评估以及具体边坡工程地震稳定性的快速预估提供依据。