高填方路基地震动响应及稳定性分析.pdf

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1、交通建设建材与装饰2014年5月高填方路基地震动响应及稳定性分析李书安（中铁第四勘察设计院集团有限公司地路处湖北武汉430063）摘要：针对高填方路基工程抗震稳定性研究现状，采用平面有限元方法建立了高路堤地震动响应分析模型，分析其动态响应及变形分布规律，对比分析高填方路基地震稳定性的相关评价指标的合理性。计算结论表明：有限元法兼顾了地震动的频谱特征和持时对路堤的影响；采用永久位移作为高路堤的地震稳定性评价指标更为合理。关键词：路基工程；高路堤；动力响应；地震稳定性中图分类号：U416.1+2文献标识码：B文章编号：1673-0038（2014）20-0208-031前言性方

2、法考虑土的非线性特性，本文亦采用等效线性化方法来分析我国西部山区高填方路基的地震动稳定性至关重要，其稳路堤的动力特性，地基采用线弹性模型。根据路堤填料试验，模型定性分析方法主要有拟静力法、Newmark分析法及动力有限元参数如表1与表2所示。另外，等效线性化方法采用的是等价非法等。其中以拟静力法应用最多，将地震力作为不变加速度引起线性粘-弹塑性模型，其非线性特性表现为剪切模量和阻尼比随的惯性力考虑[1~3]。路堤的震害模式不同于普通边坡。绝大多数路剪应变幅值变化。表1土料参数堤震害为浅表层边坡坍塌破坏，少数XI度区出现路堤本体滑土料类型密度（kg/m3）粘聚力（kPa）摩擦

3、角（o）弹性模量（MPa）泊松比坡，但均未出现深层滑坡[4]。地震作用下的路堤及边坡稳定性评素填土175025.122490.3价指标常用震后永久变形和稳定安全系数，永久变形的安全范粉质粘土190032151000.3围需要大量的实际震后观测资料来给定，拟静力法计算的安全表2填料动力参数系数没有时程特征，但是也不能简单的采用最小安全系数来评项目剪应变（rd伊10-4）价路堤稳定性，因为地震过程中路堤的瞬时失稳并不一定使路0.050.10.51堤破坏[5]。动剪切模量比G/Gmax0.9970.9930.9660.935本文采用平面有限元方法对一个高路堤典型断面进行动力阻尼比

4、姿0.0260.0320.0510.06251050100响应分析，在此基础上选取潜在最危险滑面进行稳定性计算，最动剪切模量比G/Gmax0.7410.5880.2220.125后分别计算了拟静力安全系数、最小动力安全系数、最小平均安阻尼比姿0.0990.1210.1920.234全系数[5]和动力永久位移，将四个指标对比分析以确定适用于高3动力响应分析路堤的地震稳定评价指标。3.1加速度峰值2模型与参数图2所示为路堤整体水平方向加速度峰值分布，地基下部中2.1计算模型及边界条件间区域加速度小于激励加速度峰值，总体趋势上加速度峰值随着依据规范[6]选取高路堤典型断面如图1。

5、路基面宽15m，路堤标高的增加而增大，且增大的幅度随着标高增加加剧，由此可以高20m，分为上路堤和下路堤两部分，上路堤高8m，坡度1：1.5，推断随着路堤高度的增加，加速度峰值增大有趋于加快的趋势，下路堤高12m，坡度为1：1.75，护道宽2m，地基深度10m，宽说明路堤的高度并非可以不加限制的增加，而应该是有一个限125m。值。另外，上路堤坡面上加速度等值线比较集中，且在路肩附近达到最大，说明路肩破坏最为严重，这和实际情况相吻合。图1计算模型底部边界条件为以加速度时程表达的地震波，地震波采用图2整体加速度峰值分布图EI波，原始地震波峰值加速度为0.3g，时间间隔0.02s

6、，持续时长30s。由于本文旨在分析高路堤在强震作用下的动力响应和稳定3.2位移响应性，因此将原始地震波进行处理，使其峰值加速度达到0.6g。图3所示为路堤坡面动位移峰值与残余位移的差值随标高的变化曲线，可以看出整个坡面上位移峰值和残余变形的差值均2.2材料参数在0.5m以上，并且在路肩位置达到最大的0.58m。如果单独就位等效线性化方法仍然是当前主要的土层地震反应方法之一，解决了大量工程上的抗震设防问题[7]。目前在场地地震反应移差值来看，意义并不大，但如果和坡面防护联系起来，该项数据就有了比较重要的意义。例如对于混凝土框格防护的路堤，由于分析及土工结构地震稳定性评价分析中

7、，大多数是采用等效线·208·2014年5月建材与装饰交通建设填料和混凝土的不同材料属性，很容易造成混凝土防护和坡面另外在上路堤坡面上剪应力变化比较快，由路面附近的100kPa之间的变形不协调，从而造成防护措施的损坏。调查显示，汶川到护道上方约2m位置的400kPa，再一次说明在上路堤坡面、护地震中挂网喷混凝土和挡土墙破坏严重，而边坡锚固能较好的道、坡脚三处位置是相对不稳定的。抵抗地震力[8]，可见抗弯、抗拉和抗折能力较弱的圬工结构并不适用于高路堤抗震，建议采用锚固结构作为震区高路堤边坡防护。图7动剪应力分布4稳定