地震作用下锚固边坡稳定性的上限极限分析
发布时间：2019-11-01 00:39
【摘要】：以极限分析上限定理为基础,发展了地震荷载作用下锚固边坡稳定性的极限分析上限方法。基于对数螺线破坏机构,考虑地震荷载、锚固荷载以及岩土介质的非线性破坏准则,对均质边坡的稳定性进行了上限分析。在此基础上,考虑边坡土层分布与坡面型式的复杂性,基于组合对数螺线破坏机构,引入数值积分,实现了多阶多层复杂边坡的稳定性上限分析,并拓展至地震荷载以及锚固荷载条件。具体研究内容包括四个方面：(1)以均质边坡为研究对象,推导了潜在滑坡体上的外力功率与内能耗散率的解析表达式,结合强度折减技术和优化方法,得到了边坡的安全系数上限解及临界滑动面。在此基础上,考虑地震荷载作用,分别得到了边坡的安全系数与屈服加速度系数上限解,并求解了边坡的永久位移。通过典型算例对比分析,验证了本文方法的正确性,为后续研究奠定了基础。此外,对地震力偏角的分析表明,地震系数一定时,可以认为最不利方向与边坡倾向一致。(2)考虑锚固荷载作用,对地震作用下的边坡稳定性进行了上限分析。参数分析表明：单排锚的最优锚固角度有随着锚固位置靠近坡趾增大的趋势,但总体保持在0°～15°范围内;锚固位置越靠近坡趾时加固效果越好,但应注意边坡的局部稳定性,防止不利的局部失稳；多排锚加固边坡时,坡面上部的锚应尽量水平设置,下部锚的锚固角度应在0°～15°范围内;水平地震荷载对锚加固边坡的稳定性影响显著,在水平地震荷载较大时,应考虑地震荷载对边坡稳定性的不利影响。(3)考虑非线性Hoek-Brown破坏准则,采用“外切线法”,对锚固边坡的地震稳定性进行了上限分析。参数分析表明：Hoek-Brown参数GSI、mi与D均对边坡的稳定性有显著影响,尤其以GSI的影响最为显著,D次之,mi的影响最小；对于岩体综合质量好、外部扰动小的边坡,地震荷载对其稳定性的削弱更为显著；单排锚的最优锚固角度在0°～15°范围内,而锚的位置越靠近坡趾加固效果越好,但应考虑锚上部坡体的局部稳定性,为避免局部失稳,可采用多排锚的加固方案。(4)以多阶多层复杂边坡为研究对象,使用直角坐标建模方式,推导了潜在滑坡体上的外力功率的积分表达式,引入数值积分技术,以旋转中心及滑入点坐标作为独立变量,实现了复杂边坡的稳定性上限分析。在此基础上,考虑地震荷载,对锚固作用下的复杂边坡的地震稳定性进行了上限分析。算例对比分析说明了本文方法的正确性,从而为复杂条件下的边坡稳定性分析提供了一种新思路。
【图文】：
积分求解滑坡体的永久位移时，尚需特别注意速度为零的时刻，而不仅仅是纯粹的数学逡逑上的连续积分问题。逡逑图２．９所示为一典型的加速度时程曲线，图中粗虚线为水平加速度与屈服加速度等逡逑值线。假定一均质边坡受到此加速度时程的作用，破坏机构如图２．４所示，以此为例来逡逑说明永久位移的求解步骤。逡逑Ｉ邋‘邋‘邋Ｉ邋‘‘邋Ｉ邋■邋Ｉ邋＿邋Ｉ邋‘邋‘邋Ｉ邋Ｔ．．Ｔ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋‘邋‘邋，１邋Ｉ邋逦．１邋Ｔ．广邋１，＿邋■．逡逑０．３邋－逦－逡逑０．２邋－逦｜＼邋？N八逦逦逦邋…—逦Ｉ逦１—逦乙〉，．．．．．…■：逡逑５邋：逡逑■０．３邋－逦Ｉ邋？逦ｉ逦－逡逑逦Ｉ逦？邋■邋？邋■邋Ｉ邋？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋＞邋Ｉ邋■邋■邋■邋Ｉ邋‘邋Ｉ邋‘逡逑０．０逦０．８逦１．６逦２．４逦３２逦４０逦４．８逦５．６逦６．４逦７．２逦８．０逡逑＇⑶逡逑图２．９示例加速度时程曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２．６邋Ｓａｍｐｌｅ邋ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ邋ｃｕｒｖｅ逡逑－３１邋＂逦、逡逑
完成对该区间的求解。逡逑继续读入下一个加速度值Ａ：ｈ（／＋１），＾邋ｈ＞ｋｙ，转到Ｓｔｅｐ邋３；邋＾邋ｈ＜ｋｙ，转到Ｓｔｅｐ４。逡逑（２）若Ｌ逦＜０，说明滑坡体在该区间中段已处于暂时稳定状态，如图２．１１所示。由逡逑式（２．４９）得到角速度为零的时刻／？１，把区间［〖／－Ｉ，／，］分解为两个独立的区间Ａ／？１］、逡逑ｔｉ］邋０逡逑在区间内，依据式（２．５１）计算区间末端时刻的累积位移化１，为逡逑＝《－１邋丨（４〗－＾，－１）＋—－ｈ－＼ｌ逦＂“（２．５３）逡逑２逦０＼邋Ｊ邋ｔｉ－ｔｉ－ｉ逡逑由于滑坡体处于暂时稳定状态，该求解周期结束，所求＆即为该周期内滑坡体的累逡逑积位移。而将区间［￡，－１，＾？１］纳入下一个求解周期，转到Ｓｔｅｐ邋１，进入下一个求解周期，其逡逑中／０时刻为下一周期的启滑时刻。逡逑则坡体上任一特征点Ｔ的位移为逡逑＝ｒ，［ｃｏｓ邋l挘悖铮螅╨
本文编号：2553931
【图文】：
积分求解滑坡体的永久位移时，尚需特别注意速度为零的时刻，而不仅仅是纯粹的数学逡逑上的连续积分问题。逡逑图２．９所示为一典型的加速度时程曲线，图中粗虚线为水平加速度与屈服加速度等逡逑值线。假定一均质边坡受到此加速度时程的作用，破坏机构如图２．４所示，以此为例来逡逑说明永久位移的求解步骤。逡逑Ｉ邋‘邋‘邋Ｉ邋‘‘邋Ｉ邋■邋Ｉ邋＿邋Ｉ邋‘邋‘邋Ｉ邋Ｔ．．Ｔ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋‘邋‘邋，１邋Ｉ邋逦．１邋Ｔ．广邋１，＿邋■．逡逑０．３邋－逦－逡逑０．２邋－逦｜＼邋？N八逦逦逦邋…—逦Ｉ逦１—逦乙〉，．．．．．…■：逡逑５邋：逡逑■０．３邋－逦Ｉ邋？逦ｉ逦－逡逑逦Ｉ逦？邋■邋？邋■邋Ｉ邋？邋Ｉ邋？邋Ｉ邋＞邋Ｉ邋■邋■邋■邋Ｉ邋‘邋Ｉ邋‘逡逑０．０逦０．８逦１．６逦２．４逦３２逦４０逦４．８逦５．６逦６．４逦７．２逦８．０逡逑＇⑶逡逑图２．９示例加速度时程曲线逡逑Ｆｉｇ．邋２．６邋Ｓａｍｐｌｅ邋ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ邋ｃｕｒｖｅ逡逑－３１邋＂逦、逡逑
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