滲流和地震耦合作用下邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、地下水滲流和地震對(duì)邊坡的穩(wěn)定性都有重要影響，滲流和地震共同作用這一復(fù)雜工況下的邊坡穩(wěn)定性問題已成為當(dāng)前巖土工程研究的熱點(diǎn)問題之一。主要問題是滲流和地震共同作用時(shí)穩(wěn)定性的計(jì)算方法需要探索和完善;各種影響因素需要深入分析和研究。本文的研究工作為解決復(fù)雜工況下的邊坡穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)提供了一種新的思路，這一工作對(duì)多工況耦合作用下的邊坡失穩(wěn)機(jī)理研究和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重要的理論參考和實(shí)際意義。
　　本文在前人已有工作的基礎(chǔ)上，基于極限平衡理論和

2、數(shù)值模擬開展了滲流和地震兩種工況耦合作用下的邊坡穩(wěn)定性分析和計(jì)算方法的研究;并對(duì)特殊類邊坡的穩(wěn)定性問題進(jìn)行了分析和探討，主要工作和成果如下:
　　1、推導(dǎo)并給出了砂土邊坡和粘土邊坡在滲流和地震作用下安全系數(shù)的解析式;提出了水平積分模型的廣義形式。相關(guān)算例結(jié)果對(duì)比表明，依賴嚴(yán)格幾何條件和邊界約束的解析法可以得到其它方法一致的結(jié)論，計(jì)算結(jié)果反映了安全系數(shù)隨振動(dòng)時(shí)間的變化規(guī)律，計(jì)算值要小于規(guī)范中的擬靜力法結(jié)果，但與動(dòng)力時(shí)程法結(jié)果基本相近

3、，具有一定的可靠性。參數(shù)分析表明水力梯度和水位差對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響顯著，特別是高水位差時(shí)邊坡穩(wěn)定性顯著降低，水平方向地震力會(huì)嚴(yán)重削弱邊坡的穩(wěn)定程度，而豎向地震力對(duì)穩(wěn)定性的影響要小于水平地震力的作用。本文通過數(shù)學(xué)積分得到了異形邊坡水平積分模型的解析算式，結(jié)果表明，該方法計(jì)算的安全系數(shù)一般偏低，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)相對(duì)保守。采用解析方法得到的邊坡安全系數(shù)對(duì)深入開展?jié)B流和地震耦合作用下的邊坡失穩(wěn)機(jī)理的研究提供了重要理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步探索安全系數(shù)變化規(guī)律

4、提供了有效工具。
　　2、提出了以滑動(dòng)面傾角為權(quán)重的整體安全系數(shù)評(píng)價(jià)方法，并以天津波作為輸入地震動(dòng)，結(jié)合點(diǎn)安全系數(shù)法分析了滲流和地震復(fù)雜工況下的邊坡穩(wěn)定性。本文取實(shí)際工程中的兩臺(tái)階邊坡為研究對(duì)象，討論了滲流應(yīng)力耦合作用對(duì)兩臺(tái)階邊坡應(yīng)力場、位移場的影響以及平臺(tái)寬度、邊坡傾角等坡體參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，修正后的整體安全系數(shù)要比傳統(tǒng)的瑞典條分法給出的結(jié)果偏高，與有限元強(qiáng)度折減法所得的結(jié)果和前期勘察結(jié)論基本一致。滲流應(yīng)力耦合作

5、用對(duì)邊坡的水平位移影響明顯，對(duì)豎向位移影響較小，對(duì)具有強(qiáng)滲透性的砂土類邊坡應(yīng)重點(diǎn)考察耦合作用對(duì)應(yīng)力場和位移場的影響，而平臺(tái)寬度和邊坡傾角是制約滑動(dòng)面形狀和位置的重要因素，同時(shí)說明了多階邊坡的剪出口不再唯一。本文的工作提示，應(yīng)用點(diǎn)安全系數(shù)法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)盡量采用高階單元、低網(wǎng)格劃分、大尺度邊界的計(jì)算原則，這樣可以提高計(jì)算效率，降低計(jì)算成本。
　　3、提出了坡頂裂縫最大取值的界定依據(jù)，分析了復(fù)雜工況下裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。本文

6、研究結(jié)果表明，基于單軸最大拉應(yīng)力理論和土體變形參數(shù)所得到的裂縫深度計(jì)算公式，可約束坡頂最大裂縫的取值。與極限平衡法相結(jié)合，可計(jì)算張拉剪切作用下的邊坡安全系數(shù)，所得結(jié)果是安全系數(shù)的下限值，穩(wěn)定性評(píng)價(jià)偏于保守。本文利用應(yīng)力強(qiáng)度因子較好地解釋了坡頂裂縫在側(cè)向水壓力和水平地震力作用下裂縫擴(kuò)展的原因，并與數(shù)值模擬中裂縫尖端位置的應(yīng)力集中基本一致。盡管本文的相關(guān)方法為拉剪復(fù)合破壞模式下的邊坡穩(wěn)定性分析提供了一種新思路，但方法的可靠性還需進(jìn)一步檢驗(yàn)。

7、
　　4、推導(dǎo)了軟弱夾層自振頻率的近似解，提出了含軟弱夾層這類特殊邊坡穩(wěn)定性的簡化計(jì)算方法及適用范圍。研究結(jié)果表明，含軟弱夾層邊坡的失穩(wěn)是由坡體與夾層的共同作用所導(dǎo)致。本文利用彈性力學(xué)中的能量法計(jì)算了軟弱夾層的自振頻率，通過與諧波共振結(jié)果對(duì)比，說明了軟弱夾層在邊坡失穩(wěn)中的重要作用?；跇O限平衡理論，以圓弧滑動(dòng)占復(fù)合滑動(dòng)的比值為權(quán)重，本文給出了含軟弱夾層邊坡穩(wěn)定性的簡化計(jì)算方法。相關(guān)算例結(jié)果對(duì)比表明，簡化方法計(jì)算的安全系數(shù)一般偏小，