[分享]地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算

发表于2021-11-07     10人浏览     1人跟帖     总热度:162  

1 引言
在边坡工程中,一般我们只考虑地震水平加速度的影响,使用地震载荷系数(Seismic Load
Coeffcient)Sc来表示地震力,水平地震力=边坡滑块重量W*Sc 【岩石边坡平面滑动(Planar Sliding)的安全系数---地震载荷作用(EXCEL解)】,Gravity Dam: 重力式混凝土坝地震力计算】,这个笔记首先讨论了
HYRCAN在地震载荷作用下的安全系数,然后与SLIDE, Plaxis LE(PLE)的计算结果作了比较。此外,简要讨论了Newmark分析。

2 问题陈述
这个例子边坡由三种不同的土组成,如下图所示。边坡顶部受一均布载荷,同时边坡也受到0.15g的地震载荷。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_1
土层的物理力学参数如下所示。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_2

HYRCAN计
(1) 模型建立
设定计算方法,然后建立边坡的几何模型,材料边界,设定材料参数并且分配属性。
(2) 添加载荷
从"加载"菜单分别添加分布载荷和地震载荷。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_3
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_4

4 结果比较
这个题目的数据在SLIDE和Plaxis LE下进行了运行,三个软件的计算结果比较如下:
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_5
(1) Bishop法: 三个计算结果较为接近,特别是SLIDE和PLE的结果均为0.76左右;
(2) GLE/M-P法: HYRCAN的计算结果为0.01, 这个结果是错误的,是由软件本身引起的,忽略不计;另外,SLIDE和PLE的计算结果也相差较大,前者为1.14,后者为1.80;
(3) Janbu法: HYRCAN和SLIDE的结果较为接近,均为0.82左右;而PLE的结果为0.88, 稍微大一些;
(4) Spencer法:三个结果差异较大,感觉PLE的算法有问题。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_6

5 Newmark分析
SLIDE的地震载荷只提供了一种计算方法,即恒定的似静态地震载荷。PLE提供了除此之外,还提供了三种方法。这里特别说明一下Newmark分析。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_7
Newmark(1965)提出了一种评估地震中边坡性能的方法,它填补了过于简单的伪静态分析和过于复杂的应力-变形分析之间的空白。近年来,Newmark分析法在标准工程实践中越来越受欢迎。在简单的伪静态地震边坡稳定方法中,地震力被认为是永久的(静态的)体力,并假设如果地面峰值加速度超过临界加速度,边坡将破坏。实际分析表明,临界加速度明显较低的边坡可以在较高的地震加速度下不会有明显的破坏,原因是地震地面加速度是一种瞬时现象,在任何具有实际意义的破坏之前,边坡可能会发生一些永久变形(Newmark 1965)。因此,Newmark分析不如伪静态分析保守(Wilson & Keefer, 1983)。

Newmark方法将滑移面模拟为地震载荷作用下的刚性块,其分析步骤为:
(1) 计算每个试验滑移面的临界地震系数ky;
(2) 选择一个加速度与时间的地震加速度记录, 该记录可以从动力学分析结果的输出中加载,也可以由用户从历史记录中直接输入等。
(3) 积分超过ky的加速度,得到速度与时间的关系,如下图A和B所示;
(4) 积分速度与时间的历史记录,得到累积位移,如下图C所示。
地震载荷作用下的边坡稳定性安全系数计算_8
可以看出,在Newmark 分析中,联合了两组数据:(1) 临界加速度ky,即边坡达到极限强度时的水平地面加速度系数;(2) 地震图,记录了加速度与时间的关系。地震图可以由用户输入。所有试验滑移面的Newmark 永久位移将被计算出来。具有最大位移的滑移面是临界滑移面, 输出将是永久位移而不是安全系数。
来源:计算岩土力学
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在边坡工程中,一般我们只考虑地震水平加速度的影响,使用地震载荷系数(Seismic Load

Coeffcient)Sc来表示地震力,水平地震力=边坡滑块重量W*Sc 【岩石边坡平面滑动(Planar Sliding)的安全系数---地震载荷作用(EXCEL解)】,Gravity Dam: 重力式混凝土坝地震力计算】,这个笔记首先讨论了HYRCAN在地震载荷作用下的安全系数,然后与SLIDE, Plaxis LE(PLE)的计算结果作了比较。此外,简要讨论了Newmark分析。


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