地震载荷作用下的边坡稳定性(Seismic Loading)---伪静态和Newmark位移分析
1 引言
在地震易发的山地区域，地震力会降低边坡的稳定性，严重时会导致边坡发生破坏。本文首先回顾了近日国内发生的一次地震事件，然后进行了地震载荷作用下的边坡稳定性分析，主要包括伪静态分析和Newmark位移分析。
2 四川雅安地震
据中国地震台网测定，2022年5月20日8时36分，四川雅安市汉源县宜东镇(震中)发生了4.8级地震，震源深度20km，震中位于北纬29.67度，东经102.48度。不过，USGS测定的震级是M4.9级(29.929°N, 102.724°E)，震源深度10km。
该地区周边上次发生过比较强烈的地震是2021年7月14日阿坝州汶川县的4.8级地震，距离本次震中168公里，而2013年4月20日8时02分雅安市芦山县发生的M7.0级地震距本次震中约80km左右。由于本次地震震级较低，因此没有造成大的损失，除了个别老旧的房屋坍塌和墙壁出现裂缝之外，影响最大的就是部分道路的边坡发生了破坏，如下图所示。
3 地震载荷作用
试验例子取自【HYRCAN多层土边坡(Non-Homogeneous Slope)稳定性分析以及安全系数的自动提取(JavaScript)】，在此基础上进行地震载荷作用下的边坡稳定性分析，为了简化起见，下面所有的分析仅使用了Spencer方法。
3.1 不考虑地震
首先在不考虑地震的情况下重新计算这个算例，按圆形滑动面计算的最小安全系数FOS=1.374，按非圆形滑动面计算的安全系数FOS=1.358。多层材料模型和各向异性材料模型使用非圆形滑动面计算更合适一些，通过自动搜索技术和优化技术可以找出更合理的滑动面。
3.2 伪静态分析
许多情形下，我们把地震载荷作为伪静力载荷(Pseudostatic Seismic Loading)进行简单的地震载荷作用分析。通过指定相应的地震荷载系数(seismic load coefficient)，可以在水平方向和垂直方向上施加伪静力地震荷载。以前的文章讨论过这种计算方法，在此不再赘述：
对于普通的边坡稳定性分析，一般只输入水平地震载荷系数即可(Loading > Seismic Load), 在这种情况下计算的安全系数FOS=0.978。比较上面得出的FOS=1.358，可见地震荷载破坏了边坡的稳定性，导致边坡发生破坏。
3.3 临界地震系数分析
临界地震系数(Critical Seismic Coefficient)是安全系数FOS=1时对应的地震系数。本项目计算出的临界地震系数ky=0.14, 这意味着如果小于这个数值边坡就会发生破坏。
3.4 Newmark位移分析
Newmark位移分析(Newmark Displacement Analysis) 用来确定地震载荷导致的临界Newmark位移，计算原理基于1965年Newmark提出的"滑块法(sliding block method)"，估算地震引起的边坡位移，一些研究人员也通过增加孔隙水压力来估算地震引起的边坡位移。这种分析方法比较简单，目前主要应用在极限平衡法分析中。不过，为了研究更复杂的岩土应力和应变行为，需要进行动态的数值模拟(Dynamic Modeling)，FLAC, Plaxis, RS目前都可以作这样的分析。
Newmark的分析类型有三种：刚性、耦合或不耦合。本项目使用刚性方法，通过输入一个标准的地震记录[Define Seismic Record]，估算地震引起的边坡位移。值得注意的是，由于使用了多滑动面【边坡稳定性多模态优化(Multi-Modal Optimization)】搜索技术，所以得出了2个不同滑动面的位移值。
4 结束语
如果不是震级大于7.0的摧毁性地震，当一个岩石边坡受到地震震动时，即使瞬态应力达到岩石的抗剪强度，边坡也不一定会发生破坏。此外，即使滑动面的安全系数在地震期间的有限时间内FOS<1，也不意味着边坡会发生严重的破坏，真正重要的是地震导致边坡出现的永久性位移。伪静态分析不能揭示出这种变形特征，而Newmark位移分析能够估算出地震诱发的永久性位移。这种永久性位移在地震期间可能不会导致边坡立即破坏，但在地震后由于外部因素的作用边坡会发生破坏【秘鲁暴雨诱发的滑坡(Peru landslide)造成重大损失 | Fluid-Mechanical Interaction】，因此Newmark位移分析对于边坡设计具有很大的现实意义。
当前暂无评论，小编等你评论哦！