一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法

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我国存在大量自然边坡和人工边坡,同时我国也是遭受震害十分严重的国家,地震诱发的边坡失稳不计其数,造成了巨大的生命、财产损失。为减轻和预防地震边坡失稳带来的危害,地震边坡稳定性分析是重要的一环。当前,地震边坡稳定性分析评价指标主要有两类:边坡稳定性安全系数和边坡永久变形。前者主要通过地震力计算,结合极限平衡理论得到;后者由滑体与滑面的相对位移表征。理论上,用边坡永久变形来评价边坡稳定性较稳定性安全系数而言更为科学,但边坡永久变形的计算也是以地震力计算为基础的。因此,在地震边坡稳定性分析中,地震力计算尤为关键。目前,地震力计算方法主要为拟静力法。拟静力法假设简单、原理易于理解,能够便捷地进行地震边坡稳定性分析,被广泛使用并纳入许多行业规范。但拟静力法存在局限性也不容忽视。比如,拟静力法的刚性坡体假设是不准确的;地震力系数取值尚未有直接有效的确定方法,有很大的经验性;拟静力法未考虑地震动特性等等,这些因素都导致拟静力法计算结果过于保守。相较而言,拟动力法能够考虑地震波的传播特性,能够更好地模拟真实的地震动情况,因而算得的地震力也更真实。而且结合边坡静力稳定性分析常用的极限平衡方法,也能得到适用于工程应用的地震边坡稳定性分析稳定性分析计算公式,具有重要理论意义和工程应用价值。本文考虑了地震波在坡体内的传播特征,基于拟动力法,结合传统静力边坡稳定性分析极限平衡法,以瑞典条分法为例,推导了边坡地震力公式和边坡地震稳定性安全系数计算公式。通过对比拟动力法与拟静力法求解地震时存在的差异,揭示了拟静力法的局限性和地震波动效应在地震边坡稳定性分析中的重要性。在此基础上,借助MATLAB软件开发了最危险滑面搜索和安全系数求解程序,实现了一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法。通过讨论地震波动效应对地震边坡稳定性的影响,评价了拟动力法与拟静力法优劣,并给出了拟动力法与拟静力法在实际工程的适用范围,为地震边坡稳定性分析提供了新的视角。
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