基于力矩平衡原理的秦兵马俑重心测量及临界地震加速度计算

随着近年来地震灾害的频发,分析浮放于俑坑中的秦兵马俑在地震波影响下的运动方式是秦俑地震灾害防御研究中的首要环节。本研究利用力矩平衡的原理测量秦兵马俑的重心位置,进而初步计算得到陶俑的临界地震加速度,依据陶俑的形体特征计算出每类陶俑的抗倾倒极限地震加速度,验证了测量结果的可靠性,为制定秦俑的地震设防等级和防震保护工作提供了基础数据。

临界地震加速度与稳定安全系数的定量关系

在判断土坡稳定时,使用沙尔玛法,可以简化计算的工作量。是以Kc作为判断土坡稳定程度的一个标准,然后根据理正岩土软件岩质进行边坡稳定分析,不考虑地震作用,而是每次加入不同的水平外荷载Px,模拟水平地震惯性力KWi用软件进行分析,得出一系列不同大小Px所对应的滑裂面稳定安全系数Fs,最后根据回归分析把Kc与Fs的定量关系用函数表示出来,使其可以在工程中广泛应用。

三维边坡临界地震加速度系数与静态安全系数的关系

现有的理论分析方法主要通过提供各种稳定性系数,例如静态安全系数或临界地震加速度系数实现对边坡稳定性的评估,而关于边坡安全系数与临界地震加速度系数的相关关系的研究较少。本文在极限分析上限分析法的框架下,探讨了三维边坡静态安全系数与临界地震加速度系数之间的关系。基于三维旋转破坏机理,首先,采用拟静力法给出了边坡临界地震加速度系数和采用强度折减技术给出了静态安全系数;然后,在考虑不同的坡角β、摩擦角φ和无量纲系数B/H和c/γH的条件下,研究了静态安全系数与临界地震加速度系数的相关关系;最后,给出了静态安全系数与临界地震加速度系数的拟合公式,并通过理论结果和数值结果对所提出的拟合公式进行了验证。

边坡地震稳定性的临界加速度分析

提出了两种不同意义的边坡地震稳定性概念。一是按一定的抗震设防目标地震作用考虑,边坡现状强度与临界强度相比较而言的储备强度稳定性;二是设防目标地震作用与现状边坡临界地震作用相比较而言的现状强度稳定性。第一种边坡地震稳定性概念已经得到普遍采用,分析方法也比较成熟;第二种边坡地震稳定性概念受到的关注较少,衡量标准和分析方法尚有待探讨。主要针对第二种边坡地震稳定性——现状强度稳定性的衡量标准和分析方法进行了研究,提出了边坡现状强度地震稳定性评判的临界加速度准则,结合山西晋阳大佛边坡地震稳定性分析,形成了拟静力法与动力时程法相结合的边坡现状强度地震稳定性分析方法,拓展了边坡地震稳定性的概念,为边坡动力稳定性分析提供了一条新思路。

地震作用下黄土边坡动态滑动位移研究

提出在地震作用下黄土边坡滑动的新模型,该模型由一个四边形块体和一个扇形块体构成。根据牛顿第二定律,分析该边坡在地震作用下两滑动块体的受力状态,推导任一时刻滑动块体的加速度。从而给出该边坡模型的临界地震加速度系数表达式并计算不同参数下,临界地震加速度系数的值。对已推导边坡块体加速度积分,解得任一时刻滑动块体的位移表达式,计算此时滑动块体的位移特解,并根据给定的三种实例,计算不同参数下滑动块体的位移。结果表明:块体交界面的倾角对临界地震加速度系数和块体滑动位移有显著的影响,当块体交界面倾角为正时,滑体越大,则临界地震加速度系数越小;当块体交界面的倾角为负时,滑体越小,则临界地震加速度系数越小;当块体交界面的倾角相等、持时相同时,滑块越大,位移越小。研究结果可为相关边坡的抗震设计及地震滑坡位移计算提供新的参考。

边坡地震稳定性分析的荷载增强分析方法

岩土边坡地震稳定性分析是岩土工程和地震工程研究的重要课题之一,本文明确区别了两种不同意义的边坡地震稳定性概念:一是按一定的抗震设防地震作用考虑,边坡现状强度与边坡强度退化到发生地震破坏时的临界强度相比较而言的储备强度稳定性;二是对于一定的边坡强度状态,使边坡发生动力破坏的地震作用与设防地震作用相比较而言的地震动力超载稳定性。考虑边坡强度退化的边坡稳定性概念已经得到普遍采用,分析方法较为熟知;而按动力超载考虑的边坡地震稳定性概念以往几乎没有提及,边坡稳定性判别标准和分析方法尚有待探讨。本文主要针对第二种边坡地震稳定性——地震动力超载稳定性的衡量标准和分析方法进行了研究,提出了边坡地震动力超载稳定性评判的临界地震峰值加速度准则,并提出了边坡地震动力超载稳定性分析的荷载增强法:针对边坡的现状强度状态,由小到大逐渐增加地震作用的强度,搜索导致边坡失稳的临界地震峰值加速度,最后根据边坡临界地震峰值加速度与边坡所在区域的设防地震峰值加速度比较情况确定边坡的地震稳定性。论文采用荷载增强法对中国陕西宝鸡蟠龙塬黄土边坡地震动力超载稳定性进行了分析。结果表明,针对宝鸡地区未来50a超越概率为10%的地震动作用,该边坡具有较高的地震动力超载稳定性。

地震作用下华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡动力稳定性评价

以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡地震稳定问题为研究对象,在slide下利用Janbu-simplified法计算了其最不利滑动面和安全系数,为模型试验确定了宽900 m×高450 m的试验范围。采用拟静力法,在Phase 2D下利用有限元强度折减法模拟模型边坡,计算了0.00g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g、0.35g等7个地震工况的安全系数和位移。对比不同工况下的安全系数、位移与水平地震加速度曲线,结果表明,(1)极限平衡法与强度折减法所得安全系数在1.0附近安全系数离散性最小,远离1.0则安全系数的离散性增大,差异是两类方法极限状态定义的不同造成的。基于安全系数确定的临界水平地震加速度为0.20g;(2)剪应变揭示的边坡破坏模式为桥墩位置拉剪破坏、T2凝灰岩主滑和前缘近于水平剪出破坏,坡体内部的变形响应敏感性为水平位移>竖向位移>剪应变。基于变形演化规律确定的临界值为0.15g^0.20g,相应水平位移预警值为10.2 mm,室内模型试验验证了上述分析的合理性;(3)综合确定华坪岸顺层边坡临界水平地震加速度为0.2g,50年超越概率为10%和100年超越概率为2%对应的安全系数分别约为1.2和1.1,华坪岸边坡在现行抗震设防标准下是安全的。当前选择安全系数作为边坡稳定性评价指标,而安全监控实践中一般选择可操作性和预警性强的变形值作为控制指标,所以边坡稳定性评价需要采取安全系数与临界位移相结合的方法。

牛顿法计算Sarma法边坡安全系数

根据Sarma法的基本假定即条块侧面与底面抗剪强度按同一比例调用，将斜条块侧面的推力分解为分别与摩擦力和凝聚力有关的2个分量，由条块力的平衡条件，推导出更为简洁的隐含安全系数的条块推力递推方程。为了加速收敛，采用牛顿法迭代法计算安全系数，并推导出计算中所需有关导数的解析表达式。同时，利用所得推力递推方程重新推导出了临界地震加速度系数Ke的显式表达式，该式与原始的Sarma法等效，但形式上更为简明且便于应用。算例表明，本文的改进的Sarma法算法收敛迅速，迭代3～5步即可达到工程所需精度，计算结果与经典算例Sarma法解答及塑性力学理论解均非常接近。

基于静力模型试验的华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡安全性评估

顺层边坡的破坏范围及稳定性一般受工程扰动影响较大。以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡为研究对象,利用现场调查、地质力学方法和数值分析,综合确定华坪岸边坡破坏模式主要为后缘陡倾结构面控制剪入+T2凝灰岩软弱夹层主滑+前缘缓倾结构面剪出破坏控制。基于此,制作考虑后缘陡倾结构面和顺层软弱夹层边坡模型,设计了不同桥基荷载和水平荷载组合工况,分析余推力、位移、应力和应变发现:不同工况临界水平荷载为1.89~3.15 k N,临界水平地震加速度值为0.134 g^0.208 g,除100 a设防自然工况不满足外,其余条件下华坪岸边坡均满足工程区修正后地震设防标准0.105 g(50 a)和0.144 g(100 a)的要求。在模型试验过程中,数据的灵敏度和稳定性排序为表观应力和位移>内部应力>应变;传感器的费效比排序为量力环>百分表>土压力盒>应变片。