第8章边坡地震稳定分析

第8章多点、多向地震作用下边坡稳定性分析研究背景1研究现状2研究内容33主要内容多点、多向地震动荷载引入多点、多向地震边坡稳定性圆弧滑面极限平衡条分法多点、多向地震边坡稳定性非圆弧滑面极限平衡条分法多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究工程实例分析研究背景1.

地震诱发滑坡数量多、危害大5.12汶川地震诱发滑坡灾害

海地地震滑坡航拍图(2010)

克什米尔地震滑坡(2005)研究背景2.

工程建设的需要研究背景三多：山多、地震多、建设多随时间、空间变化竖向地震动不可忽视地震动：50m2倍对于尺寸较大的高边坡及土石坝进行多点、多向地震动作用下的稳定性分析具有重要意义研究现状比较复杂，值得研究多点地震作用大跨度结构研究现状地震边坡稳定研究滑块方法理论计算现场调查试验研究拟静力法数值模拟边坡地震动输入地震边坡稳定性分析形式单一方法不成熟研究现状存在问题有必要开展多点、多向地震动作用下边坡稳定性研究技术路线双江口土石坝坝坡稳定性研究多点、多向地震动作用边坡稳定性研究圆弧滑面边坡稳定性非圆弧滑面边坡稳定性Sweden条分法Bishop条分法不平衡推力法通用条分法多点、多向地震动输入多点、多向地震动作用边坡稳定性影响因素研究边坡稳定性程序编制几何参数土性参数地震动参数双层边坡不同滑面不同地震动输入边坡稳定性研究内容1.引入多点、多向地震荷载BaHiaViaHi-1aVi-1123i-1i......aHjaVjjj+1n…..A研究内容2.

圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析研究内容AORbiB

iQHihiWiliQViNi＇UiTiSweden条分法

2.

圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析研究内容Bishop条分法

AORbiB

iQHihiWiliQViNi＇UiTiEiEi+1

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

地震激励点位于滑面底部端点处A

地震动输入在各个土条重心处视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g

计算条件研究内容计

算

工

况Donald陈祖煜本

文Sweden法Bishop法不考虑地震1.000.9910.9091.008考虑地震单点、单向\\0.7350.781多点、多向\\0.7540.804均质土坡

算例1

土层1土层2土层3研究内容非均质土坡

算例2

地震激励点位于滑面底部端点处A

地震动输入在各个土条重心处视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.15g

计算条件土层1：γ=19.5kN/m3,φ=38°,c=0kPa土层2：γ=19.5kN/m3,φ=23°,c=5.3kPa土层3：γ=19.5kN/m3,φ=20°,c=7.2kPa计

算

工

况Donald陈祖煜本

文Sweden法Bishop法不考虑地震1.391.3851.1601.405考虑地震单点、单向1.001.0070.9211.017多点、多向\\0.9541.034不平衡推力法研究内容3.

非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析切线平衡法线平衡隐式表达显式表达研究内容不平衡推力法通用条分法土条受力示意图研究内容3.

非圆弧滑面多点、多向地震边坡稳定分析通用条分法(力平衡)研究内容x方向：y方向：微分形式研究内容通用条分法(力矩平衡)力矩平衡力平衡对土条底部中点取矩通用条分法（积分形式）研究内容力平衡力矩平衡

研究内容土层1土层1软弱夹层ABCD

地震激励点位于滑面底部端点处A

地震动输入在各个土条重心处视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g

计算条件折线形滑面

算例1

土层1：γ=18.84kN/m3,φ=20°,c=28.5kPa软弱层：γ=18.84kN/m3,φ=10°,c=0kPa计

算

工

况Donald陈祖煜本

文不考虑地震1.341.261.20考虑地震单点、单向\\0.862多点、多向\\0.875研究内容土层1土层1软弱夹层Distance/

m

地震激励点位于滑面底部端点处A

地震动输入在各个土条重心处视波速va＝500m/s，地震峰值加速度amax＝0.2g计算条件组合形滑面

算例2土层1：γ=19.5kN/m3,φ=30°,c=20kPa软弱层：γ=18.0kN/m3,φ=10°,c=0kPa计

算

工

况Geoslope本

文不考虑地震1.2451.224考虑地震单点、单向1.0861.011多点、多向\1.033Elevation/m4.多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究研究内容A1nH几何参数：边坡高度、坡率非圆弧滑面边坡

土性参数：粘聚力、内摩擦角地震动参数：视波速、峰值加速度双层边坡γ=19.5kN/m3,φ=25°，c=10kPa，坡率1：2多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究单点、单向SinglePoint&SingleDirectionSS单点、多向SinglePoint&MultipleDirectionSM多点、单向ⅠMultiplePoint&ingleDirectionunderVelocityMSV多点、单向ⅡMultiplePoint&SingleDirectionunderInCoherenceMSC多点、单向MultiplePoint&SingleDirectionMSVC多点、多向MultiplePoint&MultipleDirectionMM几点说明

amax=0.05gamax=0.1gamax=0.2gamax=0.4g多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m坡高H的影响amax=0.05g

amax=0.1g

amax=0.2g

amax=0.4g

多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究不同地震动输入工况下Fs都随着H的增大而降低,当H大于30m时，Fs随着增大而降低的幅度明显减小。多点(多向)输入时的安全系数要大于单点(单向)时的安全系数。在H较小时,多点多向与单点输入差别较小，可不考虑多点多向输入。随着H的增长，多点多向与单点输入差别越来越大，最大可达到36.7％。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度amax=0.2g，视波速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坡率的影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究Fs随着坡率的变缓而增大，并且考虑地震动的多点、多向特性时，Fs变化率ξ随着边坡坡率变缓呈现缓慢增大趋势。随着坡率从1：1.5变缓至1：2.25过程中，ξ随着坡率变缓相对增长不是很大，但是在坡高达到一定高度时，变化率的绝对数值会比较大，最大可达到19％，必须考虑地震动的多点、多向特性。H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m峰值加速度amax=0.2g，视波速Va=500m/sΦ＝23°、24°、25°、26°、27°c＝8kPa、9kPa、10kPa、11kPa、12kPa、坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m强度参数影响多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200mFs随着内摩擦角φ和粘聚力c的增大而增大，且Fs随内摩擦角和粘聚力的增大规律近似呈线性变化。当边坡高度较低时(H＝10m)，两种不同强度参数φ

和c对边坡稳定性的敏感性相当，而当边坡高度较高时(H增长至30m后)，φ

对边坡稳定性的敏感性大于

c

。随着坡高的增大，内摩擦角对边坡稳定性的敏感性几乎保持不变，而粘聚力对边坡稳定性的敏感性逐渐减小。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度amax=0.2g视波速Va=250m/s、500m/s、1000m/s、2000m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m视波速影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究随着视波速va的增大，MM作用下边坡的安全系数会随着视波速的增大而减小，并且减小幅度随着视波速的增大而变缓。在视波速较小时，MM作用下的安全系数与SM作用下的安全系数相差较大，随着视波速的增长，这两种不同地震作用下的安全系数差值愈来愈小，这说明随着视波速的增大，地震动的行波效应对边坡稳定性的影响逐渐减小。多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200mamax的影响H=10mH=30mH=60mH=100mH=150mH=200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究安全系数随着amax的增大而减小。在amax较小时,多点多向与单点输入差别较小，可不考虑多点多向输入。多点输入与单点输入的差别随着amax的增大而增大，即多点效应随着地震加速峰值增大愈加明显。双层边坡A12H/2H/2土层1：r＝19.5kPa，c＝25kPa，φ＝38°土层2：r＝19.5kPa，c＝20kPa，φ＝18°多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究计算示意图峰值加速度amax=0.05g、0.1g、0.2g、0.4g视波速Va=500m/s坡高H＝10m、30m、60m、100m、150m、200m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究amax=0.05gamax=0.1gamax=0.2gamax=0.4g在H较小时(H<30m),多点多向与单点输入差别较小，可不考虑多点多向输入。在amax较小时，地震动的多点、多向效应不明显随着H和amax的增长，多点多向与单点输入差别越来越大，最大可达到40％左右。非圆弧滑面－折线形、组合形多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究Elevation/mDistance/×103m土层1土层2软弱夹层Elevation/mγ=19.5kN/m3,φ=25°，c=15kPa土层1、2：γ=18.84kN/m3,φ=28.5°，c=20kPa软弱层：γ=18.84kN/m3,φ=10°，c=0kPa峰值加速度amax=0.2g视波速Va=500m/sDistance/×103m多点、多向地震作用下边坡稳定性影响因素研究折线形滑面组合形滑面考虑多点、多向地震作用时，安全系数变化率随着坡高的增大而明显增大；随着地震峰值加速度的增大安全系数变化率也随之增大，这说明随着地震烈度的增大，地震动的多点、多向这一性质愈发显著，此时对边坡稳定性进行评价应当采用多点、多向地震动输入。滑裂面滑裂面工程实例分析5.双江口心墙土石坝材料c/kPaφ/°r/kN/mr′/kN/m

上游围堰03221.624.6上游堆石04222.724.8过渡上游04022.524.4反滤2上游03522.324.2反滤1上游03522.324.2心墙53022.622.6反滤1下游03522.324.2反滤2下游03522.324.2下游过渡04022.524.4下游堆石04222.724.6下游底反滤03522.324.2超越概率50年10%50年5%100年2%计算烈度6.97.28.0峰值加速度(gal)86.9116.1199.0工程实例研究50年10%50年5%100年2%单点、单向1.1161.0710.957多点、多向1.2311.2181.182变化率(%)10.313.723.5上游校核洪水位amax＝86.9galSSMMamax＝199.0galSSMMamax＝116.1galSSMM工程实例研