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基于滑动面搜索新方法对地震作用下边坡稳定性拟静力分析

原文作者:
  邓东平,李亮
发布时间:
  2014-08-15
来    源:
  中南大学 土木建筑学
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摘要:采用一种适于任意曲线滑动面的新方法,对地震作用下边坡的稳定性进行拟静力分析。首先,通过算例对比分析验证新方法的可行性。然后,分别在地震竖直和水平加速度系数kv,kH 变化时对边坡稳定性进行研究,在kH,kH 与kv 共同作用下对分层土坡的局部和整体稳定性进行探索,在土层参数变化时对边坡地震稳定性的影响进行分析,从而可得:(1) kH 存在一个特殊值使kv 的变化对边坡的稳定性影响很小;(2) 当kH 和kv 的增大引起临界滑动面范围增大时,会导致边坡由局部稳定性变为整体稳定性,当kH 和kv 的增大引起滑动面下滑点上移时,会导致边坡由整体稳定性变为局部稳定性;(3) 黏聚力 c 的变化对滑动面范围影响较大,其对安全系数的影响与地震强度有关;(4) 不同土层参数时,kH 对边坡稳定性的影响较kv 大。
1 引 言
     在边坡稳定性分析中,地震作用对其影响很大[1]。我国是一个多山的国家(山地面积约占国土面积的2/3),近些年来,在山区和丘陵地带建设高速公路和高速铁路时,带来了大量的自然边坡和复杂的人工边坡问题处理[2],同时,这些边坡也会受到地震因素的影响而引起其发生失稳,从而造成巨大的损失。因此,地震边坡稳定性分析是岩土工程界和地震工程界的重要课题之一[1]。
    在地震边坡动力稳定性分析方面,以往研究成果[1,3-6]认为一般假定边坡是剪切破坏,通过极限平衡分析搜索获得临界滑动面并求出安全系数,并以此评价地震边坡的稳定性[7-9]。范昭平等[2,10]将地震荷载对边坡稳定性影响的主要原因考虑为地震惯性力使得边坡整体下滑力加大,从而降低边坡的安全系数,导致边坡失稳。
   目前,地震作用下边坡稳定性分析常采用的方法有拟静力法(Pseudo-static analysis)[10-12]、Newmark滑块分析法(Newmark sliding block analysis)[10,12]、Makdisi-seed 法[10]、有限元方法[13-15]、有限差分法[16-17]、离散元法[18]以及动力反应分析时程法[9,19]等,但拟静力法仍是一种有效且易于操作的地震效应分析方法。拟静力法是将震动惯性力的大小用拟静力荷载来表示,自Terzaghi 首次将拟静力法应用于岩土边坡地震稳定性分析以来,该方法在工程领域中得到了广泛的运用,并已纳入相应规范[14]。同时,拟静力法还广泛运用于结构抗震设计和相关理论研究和试验中[11],刘 杰等[11,20-22]也基于拟静力法进行地震工况下的边坡稳定性研究。
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