【摘 要】
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在地震作用下顺层边坡由于软弱结构面的存在极易发生滑移破坏并且造成巨大的经济损失,所以研究其地震作用下可靠度计算方法是一个重要的课题。对于边坡可靠度的求解目前普遍采用如蒙特卡罗法、一次二阶矩法(如中心点法)等方法,但这些方法都存在一定的弊端,如蒙特卡罗法采用穷举的方法计算可靠度,这导致分析计算量过于庞大,而一次二阶矩法对功能函数过度简化导致分析误差较大。Breitung方法作为一种二次二阶矩法相较于
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在地震作用下顺层边坡由于软弱结构面的存在极易发生滑移破坏并且造成巨大的经济损失,所以研究其地震作用下可靠度计算方法是一个重要的课题。对于边坡可靠度的求解目前普遍采用如蒙特卡罗法、一次二阶矩法(如中心点法)等方法,但这些方法都存在一定的弊端,如蒙特卡罗法采用穷举的方法计算可靠度,这导致分析计算量过于庞大,而一次二阶矩法对功能函数过度简化导致分析误差较大。Breitung方法作为一种二次二阶矩法相较于蒙特卡罗法只需按流程进行一次计算即可求出边坡可靠度大大节省了计算量,在计算精度方面,由于其将功能函数展开为二次项相较于一次一阶矩法更为精确。该方法如果能运用于工程实际中,便能在提高计算效率的同时保证计算精度,实用性较强。本文在边坡动力可靠度求解方面,首次引入了Breitung方法,由该方法来处理边坡功能函数,进而获得边坡的动力可靠度。首先,利用有限元数值模拟验证Breitung方法得求解可靠度的准确性,再引入虚拟激励法替代时程分析法来模拟随机地震,最后研究了各种因素对边坡可靠度的影响。主要工作和结论如下:(1)从理论上阐述了Breitung方法的计算过程,证明了其在理论上的正确性,并且总结出该方法求解顺层边坡可靠度的具体流程。(2)结合一顺层边坡工程实例,首先使用有限元软件建立边坡的有限元模型,并且选择合适的本构模型、边界条件以及阻尼,然后在重力作用下得到结构面各单元的静应力,通过对顺层边坡在重力作用下的位移和应力云图分析得到顺层边坡的破坏形式一般为沿结构面的滑移破坏的结论。再通过时程分析法获得各单元的动应力,最后使用Breitung方法编程求得动力可靠度时程曲线。并且通过与蒙特卡罗法得出的可靠度时程曲线对比,验证了其求解可靠度的精度。(3)为了考虑地震的随机性,并提高计算效率,引入虚拟激励法替代时程分析法来模拟随机地震,并结合Breitung方法求解边坡受地震作用的动力可靠度。通过将其结果与拟静力法和时程分析法得出的结果对比,发现该方法考虑了地震的动力特性并且能找到边坡的最不利振动,能够使分析过程更加简化,且得到结果较为准确。(4)通过改变结构面参数的统计特征值以及地震参数,研究了各种因素对边坡可靠度的影响。分析表明:随着顺层边坡结构面的内摩擦角或内聚力变异系数的增大,其边坡可靠度不断降低;随着地震烈度的增大边坡可靠度下降;地震烈度较小时,地震持续时间对可靠度影响较小;地震烈度较大时,可靠度因地震持续时间变化产生的变化较大。
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