第8章邊坡地震穩(wěn)定分析

第8章多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析研究背景1研究現(xiàn)狀2研究內(nèi)容33主要內(nèi)容多點(diǎn)、多向地震動荷載引入多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定性圓弧滑面極限平衡條分法多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定性非圓弧滑面極限平衡條分法多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究工程實例分析研究背景1.

地震誘發(fā)滑坡數(shù)量多、危害大5.12汶川地震誘發(fā)滑坡災(zāi)害

海地地震滑坡航拍圖(2010)

克什米爾地震滑坡(2005)研究背景2.

工程建設(shè)的需要研究背景三多：山多、地震多、建設(shè)多隨時間、空間變化豎向地震動不可忽視地震動：50m2倍對于尺寸較大的高邊坡及土石壩進(jìn)行多點(diǎn)、多向地震動作用下的穩(wěn)定性分析具有重要意義研究現(xiàn)狀比較復(fù)雜，值得研究多點(diǎn)地震作用大跨度結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀地震邊坡穩(wěn)定研究滑塊方法理論計算現(xiàn)場調(diào)查試驗研究擬靜力法數(shù)值模擬邊坡地震動輸入地震邊坡穩(wěn)定性分析形式單一方法不成熟研究現(xiàn)狀存在問題有必要開展多點(diǎn)、多向地震動作用下邊坡穩(wěn)定性研究技術(shù)路線雙江口土石壩壩坡穩(wěn)定性研究多點(diǎn)、多向地震動作用邊坡穩(wěn)定性研究圓弧滑面邊坡穩(wěn)定性非圓弧滑面邊坡穩(wěn)定性Sweden條分法Bishop條分法不平衡推力法通用條分法多點(diǎn)、多向地震動輸入多點(diǎn)、多向地震動作用邊坡穩(wěn)定性影響因素研究邊坡穩(wěn)定性程序編制幾何參數(shù)土性參數(shù)地震動參數(shù)雙層邊坡不同滑面不同地震動輸入邊坡穩(wěn)定性研究內(nèi)容1.引入多點(diǎn)、多向地震荷載BaHiaViaHi-1aVi-1123i-1i......aHjaVjjj+1n…..A研究內(nèi)容2.

圓弧滑面多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定分析研究內(nèi)容AORbiB

iQHihiWiliQViNi＇UiTiSweden條分法

2.

圓弧滑面多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定分析研究內(nèi)容Bishop條分法

AORbiB

iQHihiWiliQViNi＇UiTiEiEi+1

γ=20.0kN/m3,φ=19.6°,c=3kPaElevation/mDistance/m1:2H=10mAACAD考題(DonaldI.B.andGiamK.Y.,1992)

地震激勵點(diǎn)位于滑面底部端點(diǎn)處A

地震動輸入在各個土條重心處視波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g

計算條件研究內(nèi)容計

算

工

況Donald陳祖煜本

文Sweden法Bishop法不考慮地震1.000.9910.9091.008考慮地震單點(diǎn)、單向\\0.7350.781多點(diǎn)、多向\\0.7540.804均質(zhì)土坡

算例1

土層1土層2土層3研究內(nèi)容非均質(zhì)土坡

算例2

地震激勵點(diǎn)位于滑面底部端點(diǎn)處A

地震動輸入在各個土條重心處視波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.15g

計算條件土層1：γ=19.5kN/m3,φ=38°,c=0kPa土層2：γ=19.5kN/m3,φ=23°,c=5.3kPa土層3：γ=19.5kN/m3,φ=20°,c=7.2kPa計

算

工

況Donald陳祖煜本

文Sweden法Bishop法不考慮地震1.391.3851.1601.405考慮地震單點(diǎn)、單向1.001.0070.9211.017多點(diǎn)、多向\\0.9541.034不平衡推力法研究內(nèi)容3.

非圓弧滑面多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定分析切線平衡法線平衡隱式表達(dá)顯式表達(dá)研究內(nèi)容不平衡推力法通用條分法土條受力示意圖研究內(nèi)容3.

非圓弧滑面多點(diǎn)、多向地震邊坡穩(wěn)定分析通用條分法(力平衡)研究內(nèi)容x方向：y方向：微分形式研究內(nèi)容通用條分法(力矩平衡)力矩平衡力平衡對土條底部中點(diǎn)取矩通用條分法（積分形式）研究內(nèi)容力平衡力矩平衡

研究內(nèi)容土層1土層1軟弱夾層ABCD

地震激勵點(diǎn)位于滑面底部端點(diǎn)處A

地震動輸入在各個土條重心處視波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g

計算條件折線形滑面

算例1

土層1：γ=18.84kN/m3,φ=20°,c=28.5kPa軟弱層：γ=18.84kN/m3,φ=10°,c=0kPa計

算

工

況Donald陳祖煜本

文不考慮地震1.341.261.20考慮地震單點(diǎn)、單向\\0.862多點(diǎn)、多向\\0.875研究內(nèi)容土層1土層1軟弱夾層Distance/

m

地震激勵點(diǎn)位于滑面底部端點(diǎn)處A

地震動輸入在各個土條重心處視波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g計算條件組合形滑面

算例2土層1：γ=19.5kN/m3,φ=30°,c=20kPa軟弱層：γ=18.0kN/m3,φ=10°,c=0kPa計

算

工

況Geoslope本

文不考慮地震1.2451.224考慮地震單點(diǎn)、單向1.0861.011多點(diǎn)、多向\1.033Elevation/m4.多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究研究內(nèi)容A1nH幾何參數(shù)：邊坡高度、坡率非圓弧滑面邊坡

土性參數(shù)：粘聚力、內(nèi)摩擦角地震動參數(shù)：視波速、峰值加速度雙層邊坡γ=19.5kN/m3,φ=25°，c=10kPa，坡率1：2多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究單點(diǎn)、單向SinglePoint&SingleDirectionSS單點(diǎn)、多向SinglePoint&MultipleDirectionSM多點(diǎn)、單向ⅠMultiplePoint&ingleDirectionunderVelocityMSV多點(diǎn)、單向ⅡMultiplePoint&SingleDirectionunderInCoherenceMSC多點(diǎn)、單向MultiplePoint&SingleDirectionMSVC多點(diǎn)、多向MultiplePoint&MultipleDirectionMM幾點(diǎn)說明

amax=0.05gamax=0.1gamax=0.2gamax=0.4g多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g視波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m坡高H的影響amax=0.05g

amax=0.1g

amax=0.2g

amax=0.4g

多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究不同地震動輸入工況下Fs都隨著H的增大而降低,當(dāng)H大于30m時，F(xiàn)s隨著增大而降低的幅度明顯減小。多點(diǎn)(多向)輸入時的安全系數(shù)要大于單點(diǎn)(單向)時的安全系數(shù)。在H較小時,多點(diǎn)多向與單點(diǎn)輸入差別較小，可不考慮多點(diǎn)多向輸入。隨著H的增長，多點(diǎn)多向與單點(diǎn)輸入差別越來越大，最大可達(dá)到36.7％。多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究峰值加速度amax=0.2g，視波速Va=500m/s坡率1:n=1:1.5，1:1.75，1:1.20，1:2.25坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m坡率的影響H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究Fs隨著坡率的變緩而增大，并且考慮地震動的多點(diǎn)、多向特性時，F(xiàn)s變化率ξ隨著邊坡坡率變緩呈現(xiàn)緩慢增大趨勢。隨著坡率從1：1.5變緩至1：2.25過程中，ξ隨著坡率變緩相對增長不是很大，但是在坡高達(dá)到一定高度時，變化率的絕對數(shù)值會比較大，最大可達(dá)到19％，必須考慮地震動的多點(diǎn)、多向特性。H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m峰值加速度amax=0.2g，視波速Va=500m/sΦ＝23°、24°、25°、26°、27°c＝8kPa、9kPa、10kPa、11kPa、12kPa、坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m強(qiáng)度參數(shù)影響多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200mFs隨著內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c的增大而增大，且Fs隨內(nèi)摩擦角和粘聚力的增大規(guī)律近似呈線性變化。當(dāng)邊坡高度較低時(H＝10m)，兩種不同強(qiáng)度參數(shù)φ

和c對邊坡穩(wěn)定性的敏感性相當(dāng)，而當(dāng)邊坡高度較高時(H增長至30m后)，φ

對邊坡穩(wěn)定性的敏感性大于

c

。隨著坡高的增大，內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性的敏感性幾乎保持不變，而粘聚力對邊坡穩(wěn)定性的敏感性逐漸減小。多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究峰值加速度amax=0.2g視波速Va=250m/s、500m/s、1000m/s、2000m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m視波速影響H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究隨著視波速va的增大，MM作用下邊坡的安全系數(shù)會隨著視波速的增大而減小，并且減小幅度隨著視波速的增大而變緩。在視波速較小時，MM作用下的安全系數(shù)與SM作用下的安全系數(shù)相差較大，隨著視波速的增長，這兩種不同地震作用下的安全系數(shù)差值愈來愈小，這說明隨著視波速的增大，地震動的行波效應(yīng)對邊坡穩(wěn)定性的影響逐漸減小。多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g視波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200mamax的影響H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究安全系數(shù)隨著amax的增大而減小。在amax較小時,多點(diǎn)多向與單點(diǎn)輸入差別較小，可不考慮多點(diǎn)多向輸入。多點(diǎn)輸入與單點(diǎn)輸入的差別隨著amax的增大而增大，即多點(diǎn)效應(yīng)隨著地震加速峰值增大愈加明顯。雙層邊坡A12H/2H/2土層1：r＝19.5kPa，c＝25kPa，φ＝38°土層2：r＝19.5kPa，c＝20kPa，φ＝18°多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究計算示意圖峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g視波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究amax=0.05gamax=0.1gamax=0.2gamax=0.4g在H較小時(H<30m),多點(diǎn)多向與單點(diǎn)輸入差別較小，可不考慮多點(diǎn)多向輸入。在amax較小時，地震動的多點(diǎn)、多向效應(yīng)不明顯隨著H和amax的增長，多點(diǎn)多向與單點(diǎn)輸入差別越來越大，最大可達(dá)到40％左右。非圓弧滑面－折線形、組合形多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究Elevation/mDistance/×103m土層1土層2軟弱夾層Elevation/mγ=19.5kN/m3,φ=25°，c=15kPa土層1、2：γ=18.84kN/m3,φ=28.5°，c=20kPa軟弱層：γ=18.84kN/m3,φ=10°，c=0kPa峰值加速度amax=0.2g視波速Va=500m/sDistance/×103m多點(diǎn)、多向地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素研究折線形滑面組合形滑面考慮多點(diǎn)、多向地震作用時，安全系數(shù)變化率隨著坡高的增大而明顯增大；隨著地震峰值加速度的增大安全系數(shù)變化率也隨之增大，這說明隨著地震烈度的增大，地震動的多點(diǎn)、多向這一性質(zhì)愈發(fā)顯著，此時對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價應(yīng)當(dāng)采用多點(diǎn)、多向地震動輸入?；衙婊衙婀こ虒嵗治?.雙江口心墻土石壩材料c/kPaφ/°r/kN/mr′/kN/m

上游圍堰03221.624.6上游堆石04222.724.8過渡上游04022.524.4反濾2上游03522.324.2反濾1上游03522.324.2心墻53022.622.6反濾1下游03522.324.2反濾2下游03522.324.2下游過渡04022.524.4下游堆石04222.724.6下游底反濾03522.324.2超越概率50年10%50年5%100年2%計算烈度6.97.28.0峰值加速度(gal)86.9116.1199.0工程實例研究50年10%50年5%100年2%單點(diǎn)、單向1.1161.0710.957多點(diǎn)、多向1.2311.2181.182變化率(%)10.313.723.5上游校核洪水位amax＝86.9galSSMMamax＝199.0galSSMMamax＝116.1galSSMM工程實例研