岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 1493-1502.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1382

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

地震效应下三维非均质土坡稳定性极限分析

李雨浓1, 2,刘畅1, 2,王立伟1, 2   

  1. 1. 燕山大学 建筑工程与力学学院,河北 秦皇岛 066004;2. 燕山大学 河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室,河北 秦皇岛 066004
  • 收稿日期:2021-08-19 修回日期:2022-03-03 出版日期:2022-06-21 发布日期:2022-06-29
  • 作者简介:李雨浓,女,1981年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事地下基础工程、桩−土相互作用、边坡工程等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年科学基金(No.41807295)

Three-dimensional seismic stability of inhomogeneous soil slopes using limit analysis method

LI Yu-nong1, 2, LIU Chang1, 2, WANG Li-wei1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering & Mechanics, Yanshan University, Qinhuangdao, Hebei 066004, China; 2. Key Laboratory of Green Construction and Intelligent Maintenance for Civil Engineering of Hebei Province, Yanshan University, Qinhuangdao, Hebei 066004, China
  • Received:2021-08-19 Revised:2022-03-03 Online:2022-06-21 Published:2022-06-29
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation for Youth Scientists of China (41807295).

摘要: 基于极限分析上限定理,采用拟动力法研究了地震效应下非均质土坡的三维稳定性,并通过重度加大法(GIM)推导出边坡安全系数的显式表达式。此外,采用遗传算法进行优化,将所得结果进行对比验证,详细分析了地震条件下相关参数对边坡稳定性的影响。分析结果表明:边坡高度一定时,宽高比、边坡倾角的增大以及土体内摩擦角、非均质系数的减小均会造成安全系数的降低;拟静力法获得的结果相比于拟动力法较大,两种方法结果的差值会随着水平地震系数、有效内摩擦角的增大而增大,随着边坡倾角的增大而减小;土体放大系数的增大会导致安全系数减小,而地震波周期及波速的变化几乎对安全系数没有影响;滑动面轨迹受水平地震系数的影响较大,而受非均质系数的影响相对较小。

关键词: 非均质土坡, 三维稳定性, 极限分析, 拟动力法, 地震效应

Abstract: Based on the upper bound limit analysis method, the three-dimensional seismic stability of inhomogeneous soil slope is investigated using the pseudo-dynamic approach, and the explicit expression of the factor of safety is obtained by gravity increase method (GIM). In addition, the genetic algorithm is used for optimization and the results are verified by comparing with other published data. Parametric studies are performed to investigate the effect of relevant parameters on stability of the slope. The results indicate that for the slope with the given height, the increase of width-height ratio and slope inclination angle, and the decrease of internal friction angle and inhomogeneous coefficient will lead to the reduction of factor of safety. The pseudo-static method yields a larger result compared with the pseudo-dynamic method, and the difference between the results of the two approaches increases with the increases of the horizontal seismic coefficient and the effective internal friction angle, but decreases with the increase of the slope inclination. The increasing of the soil amplification factor can lead to a significant decrease in the factor of safety of the slope, while changes in the period and velocity of the shear wave have little effect on the stability of the slope. The trace of the slip face is greatly influenced by the horizontal seismic coefficient, but less affected by the inhomogeneous coefficient.

Key words: inhomogeneous slope, three-dimensional stability, limit analysis, pseudo-dynamic method, seismic effect

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