边坡地震动力放大与永久位移分析

来源 :中国水利水电科学研究院 | 被引量 : 4次 | 上传用户:dd398622409xiewenjin
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在地震发生时,局部场地条件对地震动的振幅和频谱特性有着重要的影响,场地效应可放大或衰减地震地面运动加速度,其中不规则地形的存在可能大大加剧强震运动的灾难性后果。边坡尤其是水利水电工程边坡作为最典型的场地条件之一,对其进行地震动力响应分析可以在设计、开挖和维护边坡时提高边坡的抗震性能,具有非常重要的现实意义。本文拟编程对边坡地震动斜输入、地震沿边坡的放大效应等方面内容开展研究,并借助SLUDE软件基于Newmark滑块法对西藏某水电站高边坡进行抗震稳定性分析。主要研究成果如下:(1)构建了基于时域波动分析法的边坡地震输入模型,包括考虑无限地基辐射阻尼的粘弹性边界和地震波输入方法,可进行地震波斜入射边坡的动力放大响应分析。通过编制相应的计算程序实现了对地震波斜入射边坡的数值模拟,算例验证了计算程序具有较高的精度。(2)当P波入射时,坡面和坡顶纵向PGA放大系数随着入射角度的增加先减小后增加,沿高程方向呈现出线性增长的趋势,整体PGA放大系数在0.9~1.4之间。(3)当SV波入射时,随着入射角度的增加坡面和坡顶纵向点PGA放大系数均逐渐增大,且增长速率加快,整体PGA放大系数在0.75~1.6之间。(4)当坡面点高度h小于0.5H时,坡度的改变对坡面地震动力响应的影响并不明显,当坡面点高度h大于0.5H时随着坡度的增加坡面PGA放大系数逐渐加大。P波入射时PGA放大系数大致集中在0.95~1.5之间;SV波入射时PGA放大系数大致集中在0.8~1.7之间。(5)采用Newmark滑块分析方法计算了西藏某水电站高边坡在不同地震峰值加速度作用下的动力反应和永久位移,计算结果表明,在设计地震动作用下该边坡是稳定的,随着地震波幅值的增加该边坡产生的总滑移量也在不断的增加;对于不同类型的地震波,虽然输入的地震峰值加速度相同,但地震动参数的差异会影响边坡产生的永久位移。主要创新性成果如下:(1)以往的研究通常采用地震波垂直入射的方法进行边坡动力响应分析,而且目前在商用计算机程序中还没有实现考虑斜入射的地震输入方法,不能合理地反映输入地震波的相位特征。本文构建了一种基于时域波动分析法的边坡地震输入模型,开展了地震波斜入射对边坡动力放大响应分析。(2)本文推导了平面P波和SV波斜入射时边界节点等效荷载,将其施加于粘弹性边界可实现地震波的外源斜输入,用于精确模拟任意角度的地震波输入。并自主编制计算程序开展了地震波斜入射对边坡动力响应的影响研究,其中模型材料参数和地震波参数都可以根据实际情况进行更改,适用于一般平面问题的有限元动力计算。(3)总结出了斜入射条件下地震沿边坡的放大效应。即当P波斜入射时地震沿坡面的PGA放大系数介于0.95~1.5之间,SV波斜入射时地震沿坡面的PGA放大系数介于0.8~1.7之间。研究发现若采用不计边坡地震动力放大效应的分析方法计算的结果偏于不安全,研究成果可为边坡极限平衡拟静力法中,合理确定地震作用系数提供一定的依据。(4)采用SLIDE软件基于Newmark滑块法对西藏某水电站高边坡进行永久位移分析,将评价边坡稳定性的两个指标(永久位移和安全系数)相联系,可为有关工程单位根据相应的工程等级指标对边坡地震稳定性的判断提供一定的依据。
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