双面边坡地震稳定性特征及影响因素分析

摘要

滑坡灾害是最为常见的由地震引发的次生灾害。目前国家正处于高速发展时期，很多大型重点工程在建，均会涉及边坡动力稳定性问题，因此研究边坡在地震作用下的动力响应规律仍是热点。目前很多文献采用单面坡模型来研究地震斜坡响应及破坏机理，然而汶川强震导致很多单薄山脊破坏，这种山体地形为典型双面坡且其放大效应显著，由于土质边坡具有强非线性、各向异性、非均质性等特点，其动力响应规律就更加复杂。本文以双面土质边坡为例，讨论了其在地震作用下的动力响应规律以及不同影响因素下的动力特性。主要成果如下:(1)基于强度折减有限元法，分析了边坡的坡角、坡高及土的粘聚力和内摩擦角4个因素对单、双面边坡稳定性的影响，发现双面边坡两侧的塑性应变区会出现先相交后贯通的现象，此时坡面位移突变拐点会早于单面边坡，即单面坡的安全系数大;当塑性应变区均未出现贯通现象，二者坡面位移拐点同时出现及两类边坡的安全系数一致。(2)随着高程增大，双面坡体加速度放大系数在竖直方向上出现先减小后增大的变化趋势，到坡顶达到最大;沿坡面方向向上，峰值加速度放大系数出现先减小后增大的变化趋势，坡肩达到最大。(3)加速度幅值越大，坡体中上部的临空面加速度放大作用越显著，坡体变形量会随着加速度幅值的等幅增大出现等间距增大的特点。(4)提出了一个双面坡无量纲比例系数η即坡顶宽度与坡面水平距离的比值，并得到当η＜0.5时，随着坡顶宽度的减小，坡肩加速度放大系数快速增加，且都大于单面坡对应值;当η＞0.5时，随着坡顶宽度逐渐增大，坡肩加速度放大系数趋于平稳，但均稍大于单面坡对应值;在研究双面坡动力响应规律时，η=0.5是双面坡向单面坡的一个过渡点。(5)双面坡坡顶宽度越小，坡肩竖向位移越大，随着坡顶宽度的增大，双面坡坡肩的竖向变形与单面坡的竖向变形逐渐接近。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题研究目的和意义

1．2边坡稳定研究现状

1．2．1拟静力法

1．2．2 Newmark滑块位移法

1．2．3数值分析法

1．2．4模型试验法

1．2．5概率分析法

1．3边坡危险性评价方法

1．4本文主要研究内容

第二章有限元ABAQUS简介与粘弹性边界的发展

2．1有限元动力求解算法

2．1．1隐式算法

2．1．2显式筻法

2．2本构模型

2．2．1 Mohr-Coulomb模型

2．2．2扩展Drucker-Prager模型

2．2．3临界状态塑性模型

2．3粘弹性人工边界

2．3．1粘弹性边界的一般表达形式

2．3．2粘弹性边界的提出及推广

2．3．3粘弹性边界的应用

2．4本章小结

第三章基于有限元强度折减法的单双面边坡稳定性分析

3．1计算原理

3．1．1有限元强度折减法原理

3．1．2边坡破坏判据

3．1．3土体的本构模型

3．2数值结果分析

3．2．1 ABAQUS数值模拟方法可行性验证

3．2．2单、双面边坡在不同参数下的稳定性对比分析

3．3本章小结

第四章地震作用下双面坡体动力响应规律

4．1双面坡模型建立与参数选取

4．2地震动输入的选取

4．3粘弹性人工边界的选取及可行性验证

4．4数值计算结果分析

4．4．1频谱响应

4．4．2位移响应

4．4．3加速度响应

4．5本章小结

第五章不同影响因素对双面坡体地震反应的影响研究

5．1地震动特性的影响

5．2加速度幅值对坡体加速度放大系数的影响

5．3加速度幅值对坡体位移的影响

5．4坡顶宽度对坡肩加速度放大效应的影响

5．5坡顶宽度对坡肩位移及坡面应变塑性区的影响

5．6本章小结

第六章结论与展望

6．1本文主要结论

6．2本文不足之处及展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间参加的课题与撰写论文

致谢