基于地震超载法的土质边坡的稳定性分析

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根据地震影响下边坡稳定性的研究现状以及尚未解决的问题,本文以某边坡为研究对象,采用数值分析方法,建立FLAC3D三维数值模型,计算分析地震对该土质边坡稳定性的影响及其破坏机理。  本研究主要内容包括:⑴基于数值分析法,建立某边坡在地震作用下的分析模型,研究边坡在地震结束时刻的水平和竖向位移、塑性贯通区域变化、边坡特征点的位移、速度、加速度时程变化,分析其在地震作用下的动力响应规律,计算得到地震结束时刻坡顶和土层分界处发生较大的位移,其坡顶附近最大水平位移达1.5mm,最大竖直位移1.34mm;Q4黄土与Q3黄土地层分层处水平位移达2.1mm,竖直位移1.34mm;整个坡没有形成一个大的滑动面,只是有小部分的滑动,滑动面没有贯通整个边坡,也说明坡稳定性好。在地震作用完毕之后特征点的位移、速度、加速度时程变化均最终均趋于水平,即数值收敛,且并没有发生突变。综上说明边坡保持稳定,该边坡在遇到小于设计地震烈度的地震时,具有良好的抗震效果。⑵基于有限差分法和强度折减法的基本原理,采用强度折减有限差分法,对边坡模型材料参数进行折减,求解边坡的安全系数。分别从边坡特征点的位移和速度数值收敛及突变情况、边坡的塑性贯通区域情况,进行分析边坡的稳定性,以求解边坡的安全系数。通过计算分析可得边坡在折减系数k-1.10时,发生破坏;在折减系数k=1.09时边坡稳定,即边坡的安全系数为1.09。⑶按照FLAC3D强度折减法计算不同地震水平加速度作用下边坡的安全系数,计算得到地震峰值加速度0.01g、0.03g、0.05g、0.1g、0.2g对应的安全系数依次为1.17、1.15、1.09、1.03、0.82;通过安全系数与地震峰值加速度关系计算得到该边坡临界地震力为0.1069,边坡动力超载稳定系数Kd=2.12>1,边坡处于稳定状态,可以承受0.106g地震力的作用,稳定性良好;应用荷载增强法求得该边坡临界地震峰值加速度为0.10g,边坡动力超载稳定系数Kd=2.00>1,边坡稳定性良好;通过比较可以得到应用强度折减法计算临界地震力和超载稳定系数时具有更高的精确度。
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