三维实体边坡地震动力响应规律

为探讨边坡在地震作用下的加速度、速度和位移(简称三量)分布规律,基于拉格朗日差分法,建立了理想边坡的三维模型;通过引入三量放大系数的概念,绘制边坡三量等值线图,分析了坡面形态对边坡三量分布规律的影响,并通过实体边坡模型进行了验证.研究结果表明:在地震作用下,一定坡高的单一介质边坡,边坡内三量随坡高增大而增大,三量放大系数随之增大;三量的分布与坡面形态有关,在坡面凹凸部位三量放大系数最大,且凹凸程度越强烈,放大效应越明显;凸面坡的放大效应整体强于凹面坡.      

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.      

考虑渗流作用的土坡稳定性上限有限元分析

根据上限有限元的基本原理,基于MATLAB平台编制了有限元上限分析程序,将Mohr-Coulomb屈服准则嵌入有限元计算程序中,利用计算机自动搜索得到边坡的破坏面。采用强度折减法对渗流作用下边坡的安全系数的上限解进行计算,并得到边坡的极限破坏模式,计算结果表明:稳定系数随边坡高度、边坡角度、水位位置h/H的增大而减小;随着坡高的增大,边坡破坏范围逐渐增大;当β=30°时,土坡的极限破坏面不经过坡趾,随着坡角的逐渐增大,边坡的极限破坏面通过坡趾;不同水位位置条件下边坡的破坏模式形态基本相同。通过与前人研究成果的对比,验证了本文方法的有效性,并将本文成果应用到实际工程中,取得了良好的效果,可为同类工程提供参考。     

坡形和加筋措施对地震响应影响的振动台模型实验研究

实施边坡工程地震性态控制设计方法的关键是揭示边坡土性、坡形对基岩地震动参数传递影响的规律。利用大型振动台分别进行了层状土与边坡模型的振动台对比实验、素土与铺设加筋材料的振动台对比实验。实验发现,与层状土对比,具有临空面的边坡对地震加速度峰值放大系数可增加约30%;素土与铺设加筋材料的层状土实验相比,后者对加速度峰值放大系数则可减小约20%;此外,还对地震作用下模型的动力特性进行了探讨,发现同一模型在重复实验后,土体损伤导致模型自振频率降低,此时土体对地震波表现出更强的放大效应。     

顺层岩质边坡溃屈型破坏探讨

顺层边坡溃屈破坏是一种存在于岩质边坡的特殊破坏模式,首先对这种破坏模式的力学原理进行了探讨,得出了产生此破坏模式的前提条件,即:存在外倾结构面;结构面倾角较陡,大于或等于坡角;坡脚岩体强度较差。结合一典型的岩质边坡开挖工程实例,运用离散元数值分析方法,得到了边坡发生此破坏模式的变形、应力特征以及具体的破坏过程。结果表明:边坡坡脚的剪应力随着边坡开挖的深度增加而增大;当其剪应力未超过坡脚岩体的抗剪强度时,边坡变形主要以开挖的卸荷回弹为主,边坡处于稳定状态;当开挖深度使得坡脚剪应力超过坡脚岩体的抗剪强度时,坡脚岩体首先产生屈服变形,发生较大的位移,从而为坡体中上部岩体提供了沿结构面下滑的空间,边坡发生垮塌。数值分析结果与理论分析得到了很好的验证。     

岩质边坡动力失稳机制及数值模拟研究

在分析岩质边坡动力破坏机制的基础上,采用FLAC3D方法,建立了四川震区理县至小金公路工程中豹子嘴岩质边坡三维数值模型.以永久位移作为评价指标,在对四川5.12汶川MS8.0大地震中理县地震台实测地震波校正的基础上,对该岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性进行了数值模拟.计算结果表明,该岩质边坡在地震荷载作用下并未出现明显的拉应力区,主要以＂压-剪＂破坏模式为主,由于边坡内部分布的应力并不大,该边坡总体上仍为较稳定边坡;在地震荷载作用下,边坡位移呈现出明显的分层现象,位移分布总体上呈现由坡内向坡外、由坡底向坡顶逐步增大的趋势.考虑到地震动力作用下边坡的永久位移偏大,且边坡坡脚处出现了应力集中,应增设SNS主动防护网及矮脚墙进行防护.     

地震动输入方向对隧道洞口段动力响应的影响

隧道洞口段抗震分析中,需要考虑地震动输入方向的影响.通过数值模拟的方法对不同地震动输入方向输入时隧道洞口段仰坡和衬砌的动力响应进行了对比分析.结果表明:横向地震动作用时隧道洞口段的动力响应最大,纵向输入时次之,竖向输入时最小;横向和纵向地震动作用时,坡面位移放大系数(PGD)和加速度放大系数(PGA)均由减小段和增大段构成,竖向地震动作用时只有增大段;在距洞口20 m范围内,衬砌受地震惯性力的影响较大,超过20 m之后,衬砌上的惯性力作用在减弱.     

复合加筋路堤边坡振动台模型试验

废旧轮胎、三向土工格栅等新型筋材用于岩土工程加筋,经济环保且力学性能优良.采用振动台模型试验,分别对未加筋边坡、三向土工格栅边坡、废旧轮胎串与三向土工格栅复合加筋边坡、轮胎串与轮胎碎片复合加筋边坡模型在地震作用下的动力响应性能进行了研究,探讨了边坡结构在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同加筋方式下,未加筋边坡与复合加筋边坡的加速度分布规律.试验结果表明:加筋方式对加筋抗震效果影响比较显著,同种加筋方式的加速度响应效果在不同地震波作用下规律相近;三向格栅、三向格栅与轮胎串复合加筋、轮胎串与轮胎碎片复合加筋在汶川波激励下,其加速度放大倍数较未加筋边坡相比,最大减小幅度分别为37.5%、30.0%、21.0%,前者加速度放大倍数减小幅度分别是后两者的1.4倍和2倍;不同加筋方式下,边坡的加速度放大倍数随地震激励水平的提高呈非线性增加,但与未加筋边坡相比,随输入加速度峰值增大而呈现明显的增幅递减趋势;各种加筋土边坡与未加筋边坡加速度放大倍数均沿坡面约1/3高程处随高度增加而逐渐增大,并在靠近边坡顶部位置达到最大值.迁安波产生的加速度响应明显强于其他3种地震波的激励.     

土工格栅加筋路堤变形模拟分析

为分析不同土工格栅加筋方案对路堤变形的影响,制定了路堤一级边坡、一二级边坡之间和二级边坡三个位置共八种加筋方案,通过建立计算模型进行数值模拟分析,确定路堤不同位置最优加筋方案。通过对比分析,得到各方案对路堤内部竖向位移和坡面水平位移的控制效果,并分析确定方案八为最优加筋方案。     

桩板墙结构加固边坡的稳定性分析

为探讨桩板墙加固边坡的稳定性,根据多块体滑移理论,采用极限分析上限定理,导出了为保证边坡稳定桩板墙结构中抗滑桩应提供的抗力的计算公式,提出了桩板墙结构加固边坡稳定性的一种新的分析方法.用该方法对算例进行了分析,并与旋转破坏模型获得的结果进行了比较.研究结果表明:桩板墙结构中,抗滑桩应提供的抗力随边坡坡角增大而增大,随坡体材料抗剪强度增大而减小;边坡潜在滑移面埋深随坡体抗剪强度增大变浅;按新方法得到的潜在滑移面比基于旋转破坏模型获得的潜在滑移面更危险.      

软弱夹层边坡变形性状及其影响因素分析

介绍了含软弱夹层边坡稳定性的研究现状;运用有限差分软件FLAC 3D,针对5种工况进行了数值模拟,重点分析了含有软弱夹层的岩质边坡几何特征及软弱夹层力学参数,如边坡坡高、坡角、软弱夹层倾角、黏聚力和内摩擦角等对岩体边坡位移的影响规律及其工程意义.     

边坡动力稳定性分析的时程传递系数法

传递系数法是边坡稳定性计算常用方法之一。水平地震力是边坡动力稳定性影响的主要因素,针对传统边坡稳定性计算的传递系数法,将地震加速度时程通过地震力形式归于传递系数法中的条块传递系数,计算传递系数时程,进而得到地震动力稳定系数时程,基于此提出了边坡动力稳定性分析的时程传递系数法。算例讨论得出,当地震加速度大于-0.2时,传递系数呈现出先减小后增加、再减小的整体趋势,反之,传递系数随条块表现为持续降低的规律;当地震加速度小于0时,加速度方向为反坡向,对边坡稳定性有利,反之,加剧边坡的危险性;随着地震加速度的递增,不同条块的传递系数不断线性增大。岩质边坡在地震力作用下破坏具有滞后性和突发性。     

锚固体的布设位置与形态对固坡效果的影响

为揭示灌浆锚固体对固坡效果的影响规律,利用有限元强度折减法,计算了单根锚固体分别在垂直或水平布设于坡体不同位置条件下以及布设角度不同等条件下锚固体的变形和边坡的稳定系数。分析表明:在坡体中置入锚固体对边坡的稳定性均有不同程度的提高,其中垂直布设较水平布设的固坡效果更为显著;布设位置在坡高约1/3处最为理想;锚固体与坡面夹角也对固坡效果有较大的影响。     

强降雨下顺倾岩质边坡稳定规律探究

强降雨条件下会导致顺层岩质边坡坡体含水量增加、内部岩体和结构面的强度发生衰减,从而引发失稳。采取对试件进行长时间浸泡处理来模拟强降雨条件下的剪切试验,通过对得到的强度参数进行边坡安全系数计算,得到强降雨条件下的顺倾岩质边坡的稳定规律。     

基于改进Sarma法的岩质边坡稳定性分析

以简单非均质岩质边坡的滑动为研究对象,建立了Sarma法力学模型.根据岩质边坡块体静力平衡条件,得出侧向正压力与临界加速度系数之间的关系,推导了临界加速度系数公式,得到边坡处于地震烈度条件下的安全稳定系数.分析了边坡的安全稳定系数与临界加速度系数之间的函数关系,并利用此函数关系将传统Sarma法进行了改进.计算结果表明:岩质边坡安全稳定系数与临界加速度系数之间呈单调递减的函数关系;与传统Sarma法相比,改进Sarma法无需迭代,不存在收敛性问题,算例分析中仅需6次计算就得到结果,并能满足要求.     

Hoek-Brown准则下岩质边坡浅层稳定性分析

对于裂隙节理发育的中、强风化岩质边坡,需要对其浅层稳定性进行验算。基于Hoek-Brown准则,采用极限分析上限定理,建立了岩质边坡浅层滑动的破坏机构。在计算其外力功率和内能耗散的基础上,结合强度折减法,推导了岩质边坡浅层滑动的安全系数表达式。利用序列二次规划法,对安全系数进行求解后,分析了安全系数随着坡角和边坡高度的变化规律。结合工程案例,对某隧道洞口处岩质边坡的稳定性进行了评估,并提出了相应的工程加固措施。     

路基边坡中动力分析对New-mark法的修正

在我国西部山区,大部分公路采用了路堑路堤的形式。针对坡度分别为1∶1.5和1∶1.75的半挖半填路堤,该文借助于大型通用有限元数值分析软件ABAQUS对其分别为进行了分析。本文选取"5.12"汶川地震加速度时程作为荷载输入,通过分析计算得路堤边坡在地震作用下产生的竖向位移以及峰值地面加速度PGA沿坡体高程的放大规律等结果,并将有限元分析结果与Newmark法计算结果进行比较发现,当采用原波进行Newmark法分析出的位移结果是偏小的,这主要没有考虑路堤在沿高度变化PGA有放大的作用。通过对PGA分别放大1.1、1.15、1.2、1.25倍后分析对比发现,对于坡度为1∶1.5和1∶1.75的路堤,有限元数值分析计算出的结果与PGA放大系数为1.25倍的计算结果比较吻合,PGA放大系数取1.25倍时有更高的可靠度。     

近断层地震的加速度峰值比和反应谱分析

以近年来发生的主要地震中获得的大量地震记录为基础，并按照断层距和场地进行了分类．对竖向加速度与水平向加速度记录的峰值比的统计分析表明，近断层(断层距为0～15km)和中等断层距(断层距为15～30km)实际地震记录的加速度峰值比的统计结果大于我国现行抗震规范的取值，远断层(断层距为30-60km)记录的加速度峰值比的统计结果接近于我国现行抗震规范的规定；对水平加速度记录的反应谱统计分析表明，硬场与中等场记录计算的动力放大系数均值谱在大于0．2S的周期范围内高于我国现行抗震设计规范的谱值，而与UBC97的设计谱值相当，我国现行规范的设计谱应用于近断层地区的硬场和中等场可能偏于不安全；软场记录计算的动力放大系数均值谱与我国现行设计规范的谱值相当，而远小于UBC97的设计谱值，UBC97规范的软场设计谱可能偏于保守．     

降雨作用下土质边坡水分迁移特征研究

针对降雨诱发边坡失稳的特点,从水分迁移的角度出发,结合非饱和土力学,采用有限元法分析了不同降雨强度作用下边坡内部水分迁移的特征;通过数值模拟得到:降雨作用下,边坡内部孔隙水压力呈层状分布,坡脚处孔隙水压力最大,坡顶次之,坡中最小;边坡中的水分主要沿垂直和倾斜方向迁移,迁移速度由表层向深部逐渐减小,迁移方向也随深度和时间而改变;体积含水率呈非线性分布,且非饱和区非线性化程度较饱和区的高;土体渗透系数随降雨强度的增大而增大,当土体饱和时其渗透系数为饱和渗透系数。     

全风化花岗岩边坡破坏的判断

在泰赣高速公路k203~k215段,通过调研发现有一半以上的高边坡是全风化花岗岩坡体,本文通过数值模拟对全风化花岗岩坡体的变形破坏机理进行研究,应用FLAC3D软件对边坡进行反复试算,建立了临界状态全风化花岗岩坡体模型,并确定了临界坡角约为60°,从而可以对全风化花岗岩坡体破坏的判断提供参考,对全风化花岗岩边坡的支护有一定的指导意义.