[发明专利]一种地震作用下边坡稳定性预测方法

说明书

技术领域

本发明属于边坡工程技术领域，尤其是涉及一种地震作用下边坡稳定性预测方法。

背景技术

我国幅员辽阔，地质构造复杂，是一个多山地、多地震的国家，同时也是滑坡广泛分布的国家，地质灾害相当严重。据统计，我国每年发生的大小滑坡数以万计，地理地质条件不可避免地带来了大量和地震作用有关的边坡问题，地震诱发滑坡在我国分布非常普遍，特别是我国西部和西南部山区，每发生一次大震，均产生许多地震滑坡。地震诱发的滑坡灾害不仅可以造成生命财产损失，破坏生命工程，其造成的堰塞湖等次生灾害危害程度有时甚至超过地震本身。因地震而导致的滑坡崩塌等次生灾害主要发生在多震的西部地区即陕、甘、宁、新、川、滇、贵、藏等省区，其中发生边坡地震滑坡最的为川滇两省。就目前而言，我国在地震区划工作中对边坡地震崩滑的预测，尚无明确的规定，通常采用边坡稳定分析的拟静力法或动力有限元法。但是，由于地震触发的边坡崩滑，往往成群出现，数量众多，分布区广，而分析方法工作量大，投入费用高，不能适应大范围、多点位预测工作的需要。

地震滑坡作为一种非常严重的地震次生灾害，早已引起各国科学家的重视。最早的关于边坡稳定性的研究可以追溯到19世纪，经过长达100多年的研究，边坡稳定性评价的方法从原来的定性分析到半定量、定量分析，发展到现今，结合计算机技术、人工智能等高科技的种评价方法，研究对象也从对单一的稳定性研究逐渐扩大到区域范围的地震边坡稳定性的空间预测方面。

目前，边坡静力稳定性分析理论有很多而且已经发展的比较成熟；而边坡动稳定性分析还在发展阶段不够完善，动力分析方法主要有：拟静力法、Newmark方法、数值分析法、概率分析法以及试验法。

其中，拟静力法的基本原理是把地震荷载的可变加速度简化成竖直和水平两个方向的不变加速度；把作用在整个边坡上的可变惯性力，转化为作用在潜在危险滑动面上的不变荷载；再结合极限平衡理论，将作用在潜在危险滑动面上的力进行受力分析，计算出边坡的安全系数。拟静力法的主导思想是用恒定的荷载代替地震动荷载。目前，还不能完全确定边坡破坏的主要原因是地震动力造成的。大量的实践证明，在含有液化土的地方，用拟静力法计算出的安全系数往往偏大，而不含液化土的地方，用拟静力法计算出的安全系数往往偏小。拟静力法只考虑了地震动力的强度，而没有考虑地震力的频率特性和持时。

拟静力法只能得到安全系数，而不能得出边坡受地震荷载破坏时，破坏面的受力状态。而Newmark滑块分析法是Newmark提出的，他认为坝堤在地震动力荷载下是否稳定关键在于地震荷载所产生的位移和变形，而不是有最小安全系数确定。地震动力荷载是短暂的荷载作用并且是往返荷载。惯性力作用时间短暂，即使某一时刻的惯性力比较大，产生较大的位移时，安全系数可能会小于1，当加速度减小或反向时，位移会停止，只要结构不破坏，边坡还是稳定的。当地震动结束后，如果边坡不产生进一步的位移，边坡体的强度没有显著地降低，该边坡还是稳定的。这一理论证明了，拟静力法用最小安全系数表示边坡稳定性和边坡内最大应力决定了边坡的稳定性的错误看法。把地震荷载看作是变向的短暂荷载，考虑了边坡位移变化和边坡的变形，使边坡地震动力分析有比较大的发展。

随着计算机技术的发展，利用数值分析方法分析边坡工程的稳定性得到越来越多的应用，目前国内外对边坡地震稳定性分析常采用的数值分析方法有快速拉格朗日法、有限元法、离散元法以及边界元法。现如今，上述方法的理论趋于成熟，已经有相关的开发软件。虽然有限元法用于地震动力分析效果很好，但是有一个前提就是有限元法分析的材料是连续介质。当需要分析的边坡岩土体介质不连续或连续性差时，计算结果可能不准确。另外，有限元法不能分析对边坡稳定性有重大影响的几个因素，例如岩体裂隙、结构面等，这一不足之处还需要不断的完善。

试验法通过材料相似比和缩尺建模，尽最大可能模拟真实的工程情况。在试验过程中，能够直观的得到边坡的稳定状况，反应边坡的破坏机理和边坡的破坏位置；并且，能够对边坡在地震荷载下是否稳定做出初步判断，为数值分析提供一定的参考。目前，采用的主要试验法是采用振动台来模拟地震动力。最早利用振动台模拟地震荷载作用下岩石边坡在单一滑动面下滑动特性的人是王思敏，并取得重大成果。王存玉在做二滩拱坝动力模型试验时，得出岩石边坡地震加速度有竖直和水平两个方向都有放大作用。