地震作用下臨近邊坡地基承載力數(shù)值模擬分析與研究

呂海濱

（山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，濟(jì)南250100）

1 引言

土地資源緊缺形勢(shì)給工程建設(shè)帶來了復(fù)雜的地基環(huán)境，在實(shí)際工作中常遇到臨坡地基。該類型地基與水平地基的承載特性存在明顯的區(qū)別，因此，分析臨坡條形基礎(chǔ)的極限承載情況成為工程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。地震作用對(duì)臨坡地基的影響較大，因此，需要對(duì)地震這一特殊工況下的極限承載力進(jìn)行研究。

2 極限分析法

2.1 極限分析法

極限分析法在巖土工程分析中應(yīng)用廣泛，其以屈服準(zhǔn)則為核心理論，將巖體理想化為彈塑性體，對(duì)其承載力進(jìn)行分析[1]。

2.2 模型設(shè)計(jì)

圖1為地震條件下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力計(jì)算模型，邊坡垂直高度為H，條形基礎(chǔ)寬度為B，與邊坡上邊緣平齊，邊坡與水平面夾角為β。

2.3 模型分析

對(duì)模型的科學(xué)性和適用性進(jìn)行檢驗(yàn)。有研究人員將坡角設(shè)置為30°，采用極限平衡法和滑移線法對(duì)條形基礎(chǔ)在地震作用下的承載力進(jìn)行分析。當(dāng)?shù)卣鸪潭容^輕時(shí)，極限平衡法得出的結(jié)論與該模型大致相同。但其研究將條形基礎(chǔ)與土體的接觸面假設(shè)為完全光滑狀態(tài)，導(dǎo)致利用滑移線法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，條形基礎(chǔ)的極限承載力偏低。在此基礎(chǔ)上，本模型假設(shè)條形基礎(chǔ)與土體之間接觸面完全粗糙，得到更為精確的計(jì)算結(jié)果。

圖1 極限承載力計(jì)算模型

3 地震作用下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力

3.1 承載力系數(shù)計(jì)算

計(jì)算公式為：式中，qu為極限承載力；Qu為條形基礎(chǔ)遭受地震作用時(shí)的極限荷載；B為條形基礎(chǔ)寬度；c為邊坡土方的黏合力；γ為土方的質(zhì)量；Nc和Nγ為兩項(xiàng)承載系數(shù)。

本文研究的邊坡模型受到地震作用后，其承載力與Nc和Nγ相關(guān)。當(dāng)土體內(nèi)摩擦角和邊坡坡度分別取 10°、20°、30°、40°時(shí)，得到條形基礎(chǔ)受地震作用時(shí)的Nc系數(shù)與地震作用水平方向上的加速度之間的關(guān)系曲線，如圖2所示。

圖2 Nc系數(shù)與地震水平加速度關(guān)系

再觀察當(dāng)邊坡垂直高度與條形基礎(chǔ)寬度比例分別為0.2和 1.0，土體內(nèi)摩擦角和邊坡坡度分別取 10°、20°、30°、40°，穩(wěn)定系數(shù)分別取1、2、10和無窮大時(shí)，系數(shù)Nγ與地震作用水平方向上的加速度之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 Nγ系數(shù)與地震水平加速度關(guān)系

3.2 破壞模型的變動(dòng)

現(xiàn)對(duì)模型中參數(shù)進(jìn)行賦值，設(shè)邊坡垂直高度H為2.5m，邊坡摩擦內(nèi)角φ為40°，土方黏合力c為10k Pa。當(dāng)邊坡承載力達(dá)到極限時(shí)，條形基礎(chǔ)下方存在剛性區(qū)域。水平地震加速度越大，這一區(qū)域越偏向于邊坡方向，條形基礎(chǔ)的極限承載力下降。

3.3 承載力研究結(jié)果

文獻(xiàn)[2]中的研究結(jié)果給出了當(dāng)H/B=分別取0、1.0、2.0，β=30°，φ=40°，土方與條形基礎(chǔ)接觸面為完全粗糙時(shí)，使用極限分析法和極限平衡法得到的承載力系數(shù)情況，如表1所示。對(duì)比本文的研究結(jié)果，當(dāng)加設(shè)邊坡的黏合力為0時(shí)，文獻(xiàn)中給出的計(jì)算方法能夠得到較準(zhǔn)確的條形基礎(chǔ)極限承載力結(jié)果。但在本文的研究的邊坡模型中，文獻(xiàn)中研究方法將系數(shù)Nγ忽略，得出的極限承載力偏低。

表1 極限分析法與極限平衡法計(jì)算結(jié)果

綜上所述，當(dāng)使用極限分析法對(duì)地震作用下臨近邊坡條形基礎(chǔ)極限承載力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，土方黏合力越高，其穩(wěn)定性也越高，Nγ系數(shù)越大。若不計(jì)土方黏合力對(duì)條形基礎(chǔ)承載力的影響，會(huì)導(dǎo)致最終的計(jì)算結(jié)果偏低。

4 結(jié)論

抗震性能是檢驗(yàn)工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，鑒于臨近邊坡的條形基礎(chǔ)極限承載力與抗震性能的相關(guān)關(guān)系，在開展工程建設(shè)之前，需結(jié)合建設(shè)條件適當(dāng)選取極限承載力計(jì)算方法。優(yōu)化巖土工程建設(shè)方案，確保工程建設(shè)質(zhì)量。