地震荷载作用下岩体边坡安全评价方法研究

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我国多山、多地震的地质条件特点不可避免的带来了大量与地震相关的边坡稳定性问题。针对地震诱发边坡失稳破坏等地质灾害,地震荷载作用下边坡安全评价方法研究是岩土力学研究的热点和难点,因此,寻求正确合理的边坡地震安全评价方法已成为边坡稳定性分析中亟待解决的关键问题。  本文以能量思想为核心,分别对基于能量原理和基于永久位移比的边坡地震安全评价方法、地震耦合作用下边坡的动力响应规律及破坏机理进行了系统的研究,主要研究结论如下:  (1)从能量角度研究了地震作用下边坡稳定性判据。综合运用极限分析和波动理论,从动态临界高度的角度出发,提出了基于高度比的边坡地震安全系数;从功率角度出发,提出了外力功率等于内能耗散的岩质边坡能量稳定性评价方法,借助强度折减法和超载系数法,通过安全系数对单节理边坡进行定量化安全性评估,并通过拟静力法进行了验证。  (2)对考虑震动劣化的二维边坡的动力稳定性开展研究。地震作用下节理面劣化后的粘聚力和摩擦角对边坡的稳定性起决定性作用。边坡在地震荷载作用下一旦滑动,块体的抗滑力和下滑力会出现整体减小的趋势,边坡的安全系数将不再有规律的波动而是有规律的跳跃。  (3)对影响边坡安全系数的影响因素进行了敏感性分析。敏感性排序:节理倾角>摩擦角>加速度>边坡高度>粘聚力>边坡倾角。节理倾角的变化对安全系数的影响程度最大,边坡倾角的变化对安全系数的影响程度最小。  (4)研究了地震作用下考虑震动劣化的三维边坡的动力稳定性。地震荷载作用下三维和二维边坡的动力响应规律是相似的,三维边坡的永久位移量要大于二维边坡的永久位移量。对于边坡三维动力稳定性分析,应根据边坡的实际宽度来建立三维模型,使模拟结果更加接近实际情况。  (5)对地震耦合作用下边坡动力响应规律和破坏机理开展研究。水平向耦合地震会对边坡永久位移量会产生显著的影响,竖向耦合地震对边坡永久位移量影响程度较小。水平耦合地震和竖向耦合地震均会对边坡的破坏模式产生显著的影响。地震作用下边坡的破坏是张拉裂缝不断的增多和扩展,形成贯通的张拉破裂面,块体不断剪切滑移造成的。  (6)研究了基于能量原理的边坡永久位移预测模型。将能量概念与永久位移相结合,基于能量梯度的概念,提出了一种新的基于能量原理的边坡永久位移预测模型,以能量梯度为参数的边坡永久位移预测模型能够获得较高的拟合精度,也是边坡永久位移预测的一个重要参数。  (7)对基于永久位移比的边坡地震安全评价方法开展研究。通过边坡安全系数与永久位移时程曲线图,研究了考虑震动劣化的边坡临界位移的判别方法,提出了基于永久位移比的边坡地震安全评价方法,研究了边坡的安全系数预测模型。
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