地震作用下楔体滑坡的稳定性分析

摘要

进入21世纪以来,地球板块活动愈加频繁,由地震产生的次生灾难愈发严重的危及着人类的生命和财产安全。我国西部地区地处第一、二地形阶梯,地震发生频率高,震级大,地震发生时,容易导致大型地震滑坡的发育。随着西部大开发战略的顺利实施,大量的基础工程设施投入使用,将不可避免的产生大量高陡岩质边坡。加强地震作用下由复杂结构面切割而成的楔体滑坡的安全稳定性研究和灾害的合理规避,对于保证人民群众的生命安全、基础建设工程的顺利开展和安全使用具有至关重要的意义。
　　地震作用下楔体滑坡的稳定性分析常采用拟静力法。其基本思路是将复杂的动力作用简化为作用于楔体滑块质心处的水平惯性力和竖直惯性力,沿潜在滑动面建立平衡方程进而求解边坡安全系数。该方法只适用于设计地震加速度较小、动力作用不明显的边坡稳定性计算问题。本文在前人研究的基础上,采用理论分析和数值分析方法相结合,考虑阻尼力的影响,对边坡楔形体在地震作用下的失稳机理进行研究。
　　本文首先通过ANSYS有限元分析软件建立岩质边坡楔形体有限元模型,输入汶川地震的实测地震波进行加载求解、在结果后处理器中观察和分析边坡楔形体的受力、变形和稳定性等计算结果,探索边坡楔形体在静力作用和地震作用下的响应规律。结果显示,随折减系数的增大,地震作用下各监测点的位移随之明显增大,楔体边坡趋于失稳破坏。
　　其次,本文采用拟动力法以正弦波模拟地震加速度时程曲线,考虑阻尼力对地震作用的影响,讨论边坡楔形体在地震作用下的稳定性。求解出边坡楔形体在地震作用下的阻尼力和惯性力,以及地震作用下抗滑安全性系数和楔体滑块的滑移位移。通过一个实际案例分析楔体尺寸等因素对边坡安全系数和楔体滑移位移的影响。结果显示,随楔体尺寸,地震效应放大系数及水平方向地震加速度系数的增大,楔体边坡趋于失稳破坏;随组合结构面内摩擦角和粘聚力的增大,楔体边坡趋于稳定。
　　本文首次运用拟动力法,严密地推导了地震作用下楔体边坡的安全系数和滑移位移,对于指导岩质边坡稳定性研究和灾害规避具有重要意义。