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《水平地震荷載作用下斜坡路基動力穩(wěn)定性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第30卷第5期42中外公路2010年10月文章編號:1671-2579(2010)05-0042-04水平地震荷載作用下斜坡路基動力穩(wěn)定性分析劉晉南,蔣鑫,邱延峻,張傲南(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都610031)摘要:西南山區(qū)的道路普遍穿越高烈度地震區(qū)域,地震荷載作用下路基結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性問題必須引起重視。筆者運用GEO-SLOPE軟件中的SLOPE/W模塊和QUAKE/W模塊,采用動力有限元法,系統(tǒng)地分析了斜坡路基結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下的動力穩(wěn)定性,總結(jié)了路堤填筑高度、地面橫坡、地震
2、烈度、軟弱夾層厚度4個參數(shù)對斜坡路基結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的影響。關(guān)鍵詞:斜坡路基;水平地震荷載;動力穩(wěn)定性;分析目前對斜坡路基的研究主要集中在靜力分析,對進(jìn)行安全系數(shù)計算時采用摩爾庫侖材料模式。斜坡路基的動力分析基本上還沒有開展。由于巖土材1.2模型建立料本構(gòu)關(guān)系復(fù)雜,加之地震荷載的隨機性,地震荷載作圖1為存在軟弱夾層的斜坡路基幾何模型(不存用下斜坡路基的動力響應(yīng)問題復(fù)雜,涉及到多學(xué)科,目在軟弱夾層時,h=0,計算模型即退化為一般的斜坡前研究還很不成熟。路基),幾何模型地基橫斷面底部寬度為200m,右側(cè)筆者采
3、用加拿大GEO-SLOPE有限公司研發(fā)的高度為25m,左側(cè)高度隨地面橫坡的不同而變化。GEO-SLOPE軟件中的QUAKE/W、SLOPE/W模塊,建立模型,對斜坡路基在水平地震荷載作用下的動力穩(wěn)定性進(jìn)行分析。1斜坡路基計算模型1.1軟件計算原理介紹圖1存在軟弱夾層的斜坡路基幾何模型斜坡路基的動力穩(wěn)定性分析采用GEO-SLOPE筆者主要研究在路堤填筑高度H(6、9、12、15軟件中的SLOPE/W模塊。將計算模型在QUAKE/m)、地面橫坡1m(12.5、15.0、17.5、1W模塊的運算結(jié)果導(dǎo)入SLOP
4、E/W模塊中,SLOPE/10.0)、地震烈度!(7度、8度、9度)、軟弱夾層厚度hW模塊將根據(jù)QUAKE/W模塊的每一步運算結(jié)果搜(0、2、4、6、8、10m)這4個敏感性參數(shù)的影響下,對斜索最危險的滑移面,從而得到每一個時間點上若干個坡路堤結(jié)構(gòu)在水平地震荷載作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行計算搜索面的最小安全系數(shù),進(jìn)一步得到若干個搜索面的分析,依據(jù)文獻(xiàn)[9]建立模型,路基寬度采用26m,路最小安全系數(shù)隨時間的變化曲線?；吰虏捎?1.75,根據(jù)敏感性參數(shù)組合,進(jìn)行了48在QUAKE/W模塊中,計算分析包括初始靜力組模型(
5、不存在軟弱夾層)和6組模型(存在軟弱夾層)計算和動力計算,其中初始靜力采用線彈性材料模式計算,假定路堤與地基完全連續(xù)。以獲得初始應(yīng)力,動力計算采用等效線性材料模式,以1.3土體的材料參數(shù)有效模擬土體的剛度(彈性模量E或剪切模量G)隨參考文獻(xiàn)[1]-[2],取計算模型土體的材料參數(shù)著循環(huán)剪應(yīng)變的增加而衰減的現(xiàn)象。等效線性材料模如表1。進(jìn)行動力計算時,材料的阻尼比均采用0.1。式與線彈性材料模式不同之處在于土體的剛度隨循環(huán)剪應(yīng)變的變化而相應(yīng)地發(fā)生改變。在利用SLOPE/W收稿日期:2009-11-14作者簡介:劉
6、晉南,男,博士研究生.E-mail:Jinnan.liu01@gmail.com2010年第5期劉晉南,等:水平地震荷載作用下斜坡路基動力穩(wěn)定性分析43表1計算模型土體材料參數(shù)考慮水平地震荷載的作用,在動力計算時,地基邊界作重度/粘聚力/內(nèi)摩擦角/彈性模位移約束,底部約束X、Y兩方向的位移,地基側(cè)面約土體泊松比(kN?m-3)kPa(#)量/MPa束Y方向位移,并假定路堤與地基完全連續(xù)。地基20200501000.3路堤19.22525500.352計算結(jié)果分析軟弱夾層18101050.4在最小動力
7、安全系數(shù)的處理上,采用文獻(xiàn)[11]提出的方法,即設(shè)邊坡在靜力作用下的安全系數(shù)為Fs0,1.4地震波的選擇和輸入由于地震的作用,安全系數(shù)隨震動過程而波動,其最小模型計算時選用ElCentro地震波前20s加速度的安全系數(shù)為Fsmin。由于在地震過程中,動剪應(yīng)力是時程曲線(圖2),ElCentro地震波持續(xù)時間為53.76不斷變化的,Fs0和Fsmin對應(yīng)的可能不是同一條滑弧。s,在2.14s時加速度達(dá)到最大值,其值為341.72考慮到邊坡在瞬間沖擊荷載下并不一定徹底破壞,取cm/s(0.35g),震級為6.7級
8、,原始記錄相當(dāng)于8.5(Fs0-Fsmin)的0.65倍作為安全系數(shù)的平均振幅來反度地震,場地土屬于?-%。在運用QUAKE/W模映安全系數(shù)因地震作用而偏離的幅度,則最小平均安塊進(jìn)行計算時,以0.02s為時間間隔,將20s地震波-分為1000步,計算每個時間點上的動力響應(yīng),并儲存全系數(shù)Fsmin為:-每一步的運算結(jié)果,該結(jié)果將用于SLOPE/W模塊在Fsmin=Fs0-0.65Fs0-
