地震作用下边坡安全系数确定方法的研究及其应用

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我国是一个多山的国家,这客观上决定了我国存在大量的自然边坡,同时,我国正处于基础设施工程建设快速发展的关键时期,这又将不可避免的形成大量的人工高边坡。与此同时,我国地处世界上两个最大地震集中发生地带:环太平洋地震带与喜马拉雅山—地中海地震带之间,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带十分发育。因而对地震作用下边坡的稳定性分析研究具有很大的现实意义。为此,本文对地震作用下边坡安全系数的确定做了一些初步的研究工作。本论文内容主要包括以下几个方面:①指出了课题的研究意义及研究内容,回顾了地震作用下边坡稳定性分析研究现状,包括地震作用下边坡稳定性分析方法、边坡岩土体的动力特性及边坡失稳机理等,同时还提出了现有边坡地震稳定性分析方法存在的问题。②论述了边坡稳定性分析中常用的岩土本构模型、强度准则、流动法则和大小变形假设;阐述了有限元强度折减法的定义、原理及边坡破坏准则等相关内容。③讨论了工程中常用的拟静力—极限平衡法、拟静力—有限元强度折减法和拟静力—有限差分法,结合一算例对上述方法求得的安全系数加以比较。④结合动力有限元边坡安全系数时程,分析了几种边坡动力安全系数的确定方法,并与拟静力法加以比较。⑤应用有限差分法分析软件(FLAC3D),采用动力强度折减法对一算例进行动力计算分析,通过对边坡潜在滑体上关键点速度时程和位移时程时段末的变化趋势来判断边坡动力稳定状态。⑥结合一工程实例,分别用拟静力法、有限元安全系数时程分析法和完全动力分析法求解边坡的动力安全系数,根据计算结果提出了几种合理的评价边坡动力稳定性的方法。通过对文中提出的几种地震作用下边坡安全系数求解方法的研究分析,可得以下结论:1)拟静力法在求解地震作用下边坡安全系数时具有计算简单、工程应用方便等优点,但是该方法是在静力荷载下采用静力的方法求得,无法反映边坡的动力特性,只是一个经验性的算法;2)动力有限元时程分析法将动力问题转化成静力问题,采用静力极限平衡的方法求解边坡的动力稳定安全系数,在一定程度上考虑了边坡的动力响应,但是无法得到边坡动力破坏时刻对应的剪切破裂面的位置,只能通过经验或者静力的方法获得边坡动力破裂面的位置;3)完全动力分析法能够很好的考虑地震的动力响应,在评价边坡的动力稳定性时更为合理可靠。本文通过一工程实例对各种方法求得的地震作用下边坡安全系数加以比较分析,推荐采用最小平均安全系数、可靠度动力安全系数和完全动力分析法来评价边坡的动力稳定性。研究成果对高烈度地区边坡的动力稳定性评价具有现实意义。
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