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。     

竖向地震效应下近断层边坡永久位移预测模型

利用改进的能量法从美国NGA数据库的4 669条地震记录中量化识别出305条近断层速度脉冲地震动。脉冲具有方向性效应,所有地震动均转换到最强脉冲方向。基于Newmark刚塑性理论模型,考虑竖向地震效应,输入拟合后的地震动,计算了边坡永久位移值。根据大量计算结果统计发现,竖向地震效应对近断层内的边坡永久位移有显著影响,既有边坡地震位移预测模型的预测值离散性较大。通过相关性分析,发现竖向效应作用下,边坡永久位移值与近断层地震动的峰值速度相关性显著。采用统计学回归分析方法,建立了基于峰值速度(PGV)、Arias强度(I_a)、临界加速度(a_c)的预测模型,该模型简单实用,可应用于近断层区域的边坡滑坡地质灾害风险评估。     

基于极限分析的边坡实时动态Newmark滑块位移法

 Newmark滑块位移法常被用于计算边坡的震后位移,但其计算过程所使用的均为边坡失稳瞬间状态的参数,并未考虑到滑坡体在地震时程中不断变形下滑所引起的参数变化。基于极限分析原理,考虑滑坡体下滑转角对各做功功率以及边坡几何参数的影响,推导了边坡实时屈服加速度系数、实时角加速度以及震后水平位移的计算表达式;使用Matlab编程并以地震波记录时间间隔为单位对滑坡体的动态参数进行实时更新,实现了实时动态的Newmark滑块位移法计算过程;将该方法应用于典型边坡算例中,并与传统的Newmark滑块位移法进行了对比。结果表明：边坡实时屈服加速度系数会随着滑坡体转角的增大而增大,考虑实时动态效应的边坡震后位移比不考虑的结果要小,且两者之间的差异会随着边坡整体稳定性的提高而逐渐减小。该方法弥补了传统Newmark滑块位移法应用中忽略实时动态效应的不足,其成果可为相关边坡的抗震设计与震后变形计算提供新的参考。     

考虑结构面退化的岩质边坡地震永久位移研究

针对岩质边坡平面滑动问题和楔形体滑动问题,提出了一种考虑结构面退化的岩质边坡的地震永久位移算法,提供了该法实施的流程,并用3个实例进行了说明。计算结果和前人的计算结果进行了对比,发现该法与试验计算结果吻合较好,能很好的估计边坡地震永久位移量值。传统Newmark法不考虑结构面退化,计算结果一般过低的估计了边坡地震永久位移量值,它较为适合估计地震永久位移量值较小的边坡。     

爆破振动作用下边坡极限平衡分析的等效加速度计算方法

 基于波动理论,研究边坡相同质点振动速度不同爆破振动频率下质点位移、振动加速度及边坡应力状态,结果表明相同质点振动速度下,边坡峰值振动位移与频率成反比、峰值振动加速度与频率成正比,而边坡体应力峰值基本相同,质点振动加速度与边坡体应力状态没有直接的相关性,振动频率越高,位移、加速度及应力峰值沿边坡深度变化越快;综合考虑振动频率、加速度及边坡体应力状态的相互关系,基于边坡体中相同峰值振动速度产生相同的峰值应力,得到由高频爆破振动波加速度向低频振动波加速度的转换方法,提出边坡极限平衡分析法的爆破振动等效加速度计算方法,为边坡施工期爆破动力稳定分析爆破荷载确定提供理论依据。     

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。     

坡顶超载下边坡稳定性极限上限分析

边坡的安全稳定目前仍是工程的重要问题。文中假定土体符合理想的弹塑性本构模型,建立了坡顶超载下的二级边坡计算模型,运用极限分析上限定理和强度折减法,确定边坡安全系数的上限解,同时探究边坡不同参数对安全系数的影响情况,结果表明坡顶超载的增大导致边坡安全系数的减小;边坡倾角越大,安全系数随坡顶荷载增大而降低的速度越慢;内摩擦角的减小和宽高比的增大,影响边坡安全系数逐渐减少;随着荷载至坡肩水平距离的增大,坡顶超载的影响不断减弱,当此距离足够远时,超载强度对边坡稳定性基本没有影响,说明坡顶荷载对边坡的稳定性影响具有一定的作用距离。分析结果对坡顶超载下的边坡稳定性评估及设计施工具有一定参考价值。     

人工土山的地震永久变形分析

人工土山的地震稳定性评价是其设计与建造过程中的关键问题之一,目前还没有得到很好地解决。采用等效黏弹性分析理论和Newmark滑块位移法对土山的地震永久位移进行研究,分析了不同高度、坡度和地震动条件下人工土山的地震永久位移。发现当坡度较缓时,山坡最大位移滑块和拟静力法的最危险滑块不论是所处位置还是大小均有较明显差别。最后,根据土山最大地震永久位移量和屈服加速度的关系,提出利用屈服加速度估算人工土山地震永久位移的简便计算方法。     

在水平和竖向地震加速度综合作用下的土壤滑坡

土工结构的传统设计方法是以采用水平地震作用系数的拟静力稳定分析为基础的。本论文研究了斜坡在水平和竖向加速度的综合作用下的稳定性和永久位移。采用的是对数螺旋线的破坏机理。试验结果表明，地震作用对斜坡的稳定性和永久位移有显著影响。对参数的研究表明如果相应的水平加速度较大，则竖向加速度对稳定性和永久位移有重要影响。     

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。     

Effect of the vertical earthquake component on permanent seismic displacement of soil slopes based on the nonlinear Mohr–Coulomb failure criterion

In the present study, a model is developed to calculate the upper bound of the seismic displacement of a slope based on the sliding rigid block model. In this model, it is assumed that the geotechnical materials satisfy the nonlinear Mohr–Coulomb (M–C) failure criterion, and the instantaneous shear strength parameters are introduced by the “external tangent method”. A sequential quadratic program, based on the nonlinear iteration procedure, is also employed to obtain the optimal solution for the objective function. Using the upper bound method and the Newmark sliding rigid block model, the effect of the vertical earthquake component on the permanent displacement of slopes is studied under the following two conditions: (1) It is assumed that the vertical acceleration is in phase with the horizontal acceleration; (2) Actual vertical ground motion records are used (i.e., the vertical and horizontal accelerations are mutually independent). The results show that the nonlinear parameter m significantly affects the permanent displacement of slopes, and that the effect of the vertical earthquake component on permanent displacement cannot be ignored. The impact of the vertical earthquake component on slope stability will be overestimated if the vertical acceleration is in phase with the horizontal acceleration.     

地震作用下锚固土质边坡稳定性解析

极限分析上限方法在边坡地震稳定性评价中受到了广泛关注,但已有研究成果均针对某一类具体边坡,获得的解析解往往不具有普遍适用性。以上限定理为基础,基于组合对数螺线的旋转破坏机制,采用拟静力法,推导了具有任意坡面几何特征、任意土层分布和多排锚加固的复杂边坡外功率与内能耗散率平衡方程。在此基础上,结合强度折减技术和最优化方法,提出了地震作用下多排锚加固复杂边坡的稳定性安全系数和屈服加速度系数解析式,并结合Newmark法求解了边坡的永久位移,发展了锚固土质边坡地震稳定性的通用极限分析上限方法。通过典型算例验证与对比分析,表明本文方法具有较高的精度和广泛的适用性,最后将这一方法应用于实际工程。     

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。     

基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计

通过大量复杂超限工程大震弹塑性时程分析的研究,提出了基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计理念。详细介绍了该设计方法的设计思路,并将其应用于各种复杂超限工程中。通过对具体案例的详细分析表明,基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计能够作为一种主动设计手段,指导设计人员有针对性地进行结构方案调整和局部构件调整,优化结构设计,在提高结构安全性的同时实现经济性。因此,基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计能够进一步完善我国现有的两阶段抗震设计方法,值得在结构抗震设计领域中推广。     

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。     

基于非线性破坏准则的土坡稳定有限元上限分析

材料的非线性破坏准则是指材料的强度与应力相关,因此描述材料强度的前提是应力已知。现有土坡稳定的上限极限分析方法由于无法确定土坡内的应力分布而无法采用非线性强度准则。论文基于Mohr-Coulomb屈服准则和有限单元法,将边坡稳定上限极限分析形成标准二次锥规划数学模型,并转化为对偶问题的“静力形式”进行求解,从而可以确定边坡内部的应力分布,进而使用迭代的方法确定材料在非线性破坏准则下的等效剪切强度,最终得到问题的上限解。通过两个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了所提出方法的正确性,得到的上限解也更为严格、精确。     

考虑孔隙水压力的土坡稳定性的刚体有限元上限分析

采用一种结合刚体有限元与极限分析上限法来求解边坡稳定性问题的新方法。借助刚体有限单元离散计算区域并构造运动许可速度场 ,利用传统的安全系数作为评价边坡稳定的定量指标。水对边坡的影响作用可通过虚功方程表现出来 ,将孔隙水压力当作外力荷载做功。在满足屈服条件、流动法则、虚功方程以及相应的边界条件的基础上 ,引入非线性数学规划方法求解最小安全系数     

基于上限理论的软土基坑抗隆起稳定分析方法

多块体上限法是当前岩土工程稳定性问题求解的一种严格、高效、简便且实用的方法。依据多块体上限法求解岩土工程稳定性问题的一般模式,通过对软黏土基坑抗隆起稳定性问题的适当简化,从而提出了基于极限分析上限理论的黏土基坑抗隆起稳定分析新方法。为适应国内外深基坑工程实践的现状,分别给出了土体强度指标为固结不排水剪及不固结不排水剪时的上限法理论方程中内能耗散项的计算方法。给出了所提出新方法求解实现的详细过程,并编制了该方法的计算程序,从而使所提出的方法能够直接应用于国内外的工程实践。详细分析总结了支护墙体刚度、支护墙体入土深度、基坑开挖深度、土体强度等影响因素对抗隆起稳定性的影响及规律,最后通过具体工程实例的计算及对比说明了该方法的合理性及实用性。     

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。