在地震發(fā)生時,局部場地條件對地震動的振幅和頻譜特性有著重要的影響,場地效應(yīng)可放大或衰減地震地面運動加速度,其中不規(guī)則地形的存在可能大大加劇強震運動的災(zāi)難性后果。邊坡尤其是水利水電工程邊坡作為最典型的場地條件之一,對其進行地震動力響應(yīng)分析可以在設(shè)計、開挖和維護邊坡時提高邊坡的抗震性能,具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文擬編程對邊坡地震動斜輸入、地震沿邊坡的放大效應(yīng)等方面內(nèi)容開展研究,并借助SLUDE軟件基于Newmark滑塊法對西藏某水電站高邊坡進行抗震穩(wěn)定性分析。主要研究成果如下:(1)構(gòu)建了基于時域波動分析法的邊坡地震輸入模型,包括考慮無限地基輻射阻尼的粘彈性邊界和地震波輸入方法,可進行地震波斜入射邊坡的動力放大響應(yīng)分析。通過編制相應(yīng)的計算程序?qū)崿F(xiàn)了對地震波斜入射邊坡的數(shù)值模擬,算例驗證了計算程序具有較高的精度。(2)當P波入射時,坡面和坡頂縱向PGA放大系數(shù)隨著入射角度的增加先減小后增加,沿高程方向呈現(xiàn)出線性增長的趨勢,整體PGA放大系數(shù)在0.9～1.4之間。(3)當SV波入射時,隨著入射角度的增加坡面和坡頂縱向點PGA放大系數(shù)均逐漸增大,且增長速率加快,整體PGA放大系數(shù)在0.75～1.6之間。(4)當坡面點高度h小于0.5H時,坡度的改變對坡面地震動力響應(yīng)的影響并不明顯,當坡面點高度h大于0.5H時隨著坡度的增加坡面PGA放大系數(shù)逐漸加大。P波入射時PGA放大系數(shù)大致集中在0.95～1.5之間;SV波入射時PGA放大系數(shù)大致集中在0.8～1.7之間。(5)采用Newmark滑塊分析方法計算了西藏某水電站高邊坡在不同地震峰值加速度作用下的動力反應(yīng)和永久位移,計算結(jié)果表明,在設(shè)計地震動作用下該邊坡是穩(wěn)定的,隨著地震波幅值的增加該邊坡產(chǎn)生的總滑移量也在不斷的增加;對于不同類型的地震波,雖然輸入的地震峰值加速度相同,但地震動參數(shù)的差異會影響邊坡產(chǎn)生的永久位移。主要創(chuàng)新性成果如下:(1)以往的研究通常采用地震波垂直入射的方法進行邊坡動力響應(yīng)分析,而且目前在商用計算機程序中還沒有實現(xiàn)考慮斜入射的地震輸入方法,不能合理地反映輸入地震波的相位特征。本文構(gòu)建了一種基于時域波動分析法的邊坡地震輸入模型,開展了地震波斜入射對邊坡動力放大響應(yīng)分析。(2)本文推導(dǎo)了平面P波和SV波斜入射時邊界節(jié)點等效荷載,將其施加于粘彈性邊界可實現(xiàn)地震波的外源斜輸入,用于精確模擬任意角度的地震波輸入。并自主編制計算程序開展了地震波斜入射對邊坡動力響應(yīng)的影響研究,其中模型材料參數(shù)和地震波參數(shù)都可以根據(jù)實際情況進行更改,適用于一般平面問題的有限元動力計算。(3)總結(jié)出了斜入射條件下地震沿邊坡的放大效應(yīng)。即當P波斜入射時地震沿坡面的PGA放大系數(shù)介于0.95～1.5之間,SV波斜入射時地震沿坡面的PGA放大系數(shù)介于0.8～1.7之間。研究發(fā)現(xiàn)若采用不計邊坡地震動力放大效應(yīng)的分析方法計算的結(jié)果偏于不安全,研究成果可為邊坡極限平衡擬靜力法中,合理確定地震作用系數(shù)提供一定的依據(jù)。(4)采用SLIDE軟件基于Newmark滑塊法對西藏某水電站高邊坡進行永久位移分析,將評價邊坡穩(wěn)定性的兩個指標(永久位移和安全系數(shù))相聯(lián)系,可為有關(guān)工程單位根據(jù)相應(yīng)的工程等級指標對邊坡地震穩(wěn)定性的判斷提供一定的依據(jù)。
【學(xué)位單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TV223
【部分圖文】：

１９５０年Ｔｅｒｚｈａｇｉ［５９］首次提出用擬靜力法分析邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)，擬靜力??分析法是地震工程中分析邊坡地震反應(yīng)最簡單的方法之一，該方法將地震慣性力等效為??潛在滑動體重量乘以水平和垂直地震作用系數(shù)知和慫，如圖１．２所示，即在極限平衡法??中加入了水平和垂直靜態(tài)地震力，用于模擬由地面加速度引起的潛在慣性力。擬靜力分??析存在一些明顯的缺陷，它假設(shè)地震力是恒定的并且僅在促進斜坡不穩(wěn)定的方向上起作??用，因此將地震震動作為永久的單向體力是非常保守的。出于這個原因，地震作用系數(shù)??通常選擇作為峰值加速度的一部分，以說明地震峰值加速度僅短暫起作用并且不代表滑??坡體更長、更持續(xù)的加速度［６〇］。??Ｊ－：：：：／：：：：：：：：：：：＾／／／／／／／／??：參：：：：：：：綠??＞：ｙ：ｖＸ：；：－７?Ｗ為滑塊體重量??／／／／／／／／／／／??地面加速度??？?＞??圖１．２擬靜力法地震荷載圖??選擇合適的地震作用系數(shù)是擬靜力分析法中最關(guān)鍵也是最困難的方面［１４］。Ｓｅｅｄ先??后通過經(jīng)驗方法、粘彈性反應(yīng)分析方法和剛體反應(yīng)分析方法來確定地震作用系數(shù)，經(jīng)驗??方法在應(yīng)用上最為廣泛［６１］；隨后的兩項研究試圖使地震作用系數(shù)的選擇合理化，Ｓｔｅｗａｒｔ??等［６２］基于前人得出的統(tǒng)計關(guān)系，開發(fā)了一種場地篩選程序，將地震作用系數(shù)作為最大水??平地面加速度、地震震級、震源距離和兩個可能的允許位移水平（５和１５?ｃｍ）的函數(shù)關(guān)系；??Ｂｒａｙ和Ｔｒａｖａｓａｒｏｕｌｗ］則提出了一種直接的方法

對邊坡進行動力穩(wěn)定性研究有助于防范該類災(zāi)害的發(fā)生，邊坡動力穩(wěn)定分析通常??包括兩個主要問題：一種是地震波動的輸入方法，另一種是結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。為了對這??一課題進行深入的研宄，本文構(gòu)建了基于時域波動分析法的邊坡地震輸入模型，如圖２．１??所示，模型包括考慮無限地基輻射阻尼的粘彈性邊界和地震波輸入方法，可進行地震波??斜入射邊坡的動力放大響應(yīng)分析，為邊坡穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)。本章將重點介紹時域波??動分析積分格式、計算時步的選取、無限地基輻射阻尼效應(yīng)的模擬、Ｐ波以及ＳＶ波作??用時邊界等效節(jié)點力推導(dǎo)過程以及地震動斜入射的實現(xiàn)等方面內(nèi)容。??自由地表面??／／／／／／?Ｉ／／／?Ｖ?；／／／／／！?＼／／／／／／??Ｊ?＼＼?■??￡?＾?ｒ＾茲??乂入射地震波??圖２．］邊坡地震輸入模型??１３??

式中？＾七…和＾＆＾／廣？＾乂…和？＾乂…分別為邊界等效荷載產(chǎn)生的??位移和應(yīng)力。??在邊界施加等效切向應(yīng)力＾和法向應(yīng)力＆Ａ，以實現(xiàn)地震波輸入，圖２．２將邊界處彈??簧一阻尼元件脫離，／＃、點內(nèi)力。由力平衡可以得到Ｂ點的應(yīng)力：??Ｔｆ?￣?＾ＢＴ?（０＿．／ｓｒ?（０??＜?（２－２０）??＜ｊｙ?ｙＸＢ，ｙＢ，ｔｙ?Ａ?＝?Ｆｍ?—?［ｔ）??Ｋｏｔ?Ｆｂ，?ｆ?Ｋｆｆｌ?ｆＢＮ??ｉ＾Ｍｈ?ｆｂｔ＿?＿????１??［ｊｊ?Ｂ???Ｆｂｔ?丁?｜１＿［｛Ｌｉ?Ｂ￣￣??ｋｂｎ＿?肀＾?ｆＢＮ?ＫＢＮ＿?肀ＣＢＮ??ｍｍ?＇?ｉｍｍ??圖２．２人工邊界及脫離體示意圖??１７??
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