摘要：结合金安桥水电站B20 堆积体边坡工程实例

　　摘要：结合金安桥水电站B20 堆积体边坡工程实例，基于动力时程分析原理，采用非线性动力有限元法，研究复合堆积体边坡地震动力响应特征，揭示边坡动位移、动应力、加速度响应规律，并计算边坡动抗滑稳定安全系数。计算成果表明：地震作用下，边坡将发生较大永久变形，量值达30 cm；在堆积体及断层等部位主应力有显著集中效应，拉应力区较大；边坡中上部加速度有明显放大现象，尤其在堆积体，强地震时容易受激发而失稳；边坡动力安全系数存在低于1.0 的情况，地震过程中部分区域存在失稳的可能，应加强支护措施。
关键词： 岩土工程；强地震动；动力响应；稳定性；非线性有限元法

0 引言

强地震作用下的边坡稳定性是一直国内外工程界和学术界共同关注的重大课题。地震诱发的滑坡和坍塌往往分布广、数量多、危害大，国内外曾发生大量因地震造成的边坡失稳事例[1-2]，如美国Loma Prieta 地震(1989)触发边坡破坏达1300 处，影响范围15 000 km2；意大利Umbria-Marche 地震(1997)影响范围到达1 000 km2，引发近千处滑坡。在我国，云南通海M7.8 地震(1970)，造成大量的滑坡灾害，滑坡影响面积为85 km2；四川炉霍M7.6 级地震(1973)诱发各种规模滑坡137 处，滑坡面积达90 km2；台湾集集M7.3 级地震(1999)诱发多处滑坡，导致滑坡崩毁的面积占台湾岛总面积3%；2012 年的“5.12”汶川M8.0 特大地震，触发不同规模的滑坡数万起，具有危害的6 000 余起，形成近百个堰塞湖，导致大量人员伤亡和财产损失[1]。我国西部地区地震活动强、频度高，随着西部大开发战略深入，大量水电、公路、铁路及矿山等基础设施建设上马，不可避免地遇到边坡稳定性问题，尤其是在强地震动作用下岩土边坡的地震动力响应、变形、破坏演化以及稳定性问题十分突出，已成为亟待解决的重大工程问题[1-2]。 （科教范文网 lw.AsEac.com编辑整理）
如何正确、客观地评价地震对边坡的影响一直是工程界和学术界普遍关注的问题。目前，国内外针对边坡地震稳定性分析的方法主要有拟静力法[3]、Newmark 滑块分析法[4]、试验法[5]、数值方法等，其中拟静力法和数值模拟方法应用最广。
拟静力法是目前我国规范推荐的计算方法，因应用简便而得到广泛应用，但该法不能考虑振动频率、次数、持续时间等地震特性，也不能考虑材料动力性质和阻尼性质等，故无法反映边坡地震时的时程特性。基于数值模拟的边坡动力分析可以反映岩土体的复杂动力特性，获得边坡地震时程响应，国内外许多学者均取得了一系列研究成果：文献[6]考虑场地特征和地震动的过程，建立一种边坡动力稳定性的时程分析方法；文献[7]利用FLAC3D 对边坡进行动力分析，讨论了边界条件设置、动力时程转化、阻尼选取等问题；文献[8]研究了地震作用下边坡动力加速度的分布规律与坡高、坡角以及坡体弹模之间的关系；文献[10]提出一种边坡动安全系数非线性分析方法并提出初步评价指标。这些成果在不同程度上都对地震作用下边坡的稳定性研究起到了积极的推动和发展作用。
以金安桥水电站库岸B20 堆积体边坡为研究对象，采用非线性有限元法开展边坡全时程动力分析，研究强地震作用下边坡的动力特性及动力响应规律，对强地震动作用下的边坡稳定性进行评价，为地震边坡动力稳定性分析提供有益的参考。

1 地震边坡动力有限元分析法

为了分析地震作用下边坡的动力稳定性，首先应对边坡进行静力分析；然后在（初始）静应力场基础上，采用非线性动力有限单元法进行全时程分析，在叠加静、动应力场后进行边坡地震响应分析；在地震作用过程中每一离散时间点上，随机搜索或指定边坡的可能滑动面并计算安全系数；获得最危险滑裂面及安全系数的时程曲线。 （科教范文网 Lw.nsEAc.com编辑整理）

1.1 边坡地震反应的时程分析法
边坡时程分析法[7-8,11]是指地震过程中边坡响应随时间变化的一种分析方法，又称“直接动力法”或“步步积分法”。该法可以跟踪边坡在地震时的整个反应过程，适用于岩土边坡的弹塑性地震分析。