CN114372225B - 一种水平地震作用修正系数的确定方法 - Google Patents

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Abstract

一种水平地震作用修正系数的确定方法，以使水平地震作用修正系数更符合实际，且计算简捷、方便。包括如下步骤：①根据地质勘查结果获取待研究边坡的基本地质信息，包括边坡高度H、坡体密度ρ、坡体弹性模量E、坡体泊松比ν和地震波等效频率f；②由以下公式计算水平地震作用修正系数η：
Figure DDA0003409265840000011
③如果计算出的水平地震作用修正系数η小于0.1，则η取0.1。

Description

一种水平地震作用修正系数的确定方法
技术领域
本发明涉及边坡工程抗震设计，特别涉及一种水平地震作用修正系数的确定方法。
背景技术
目前地震作用下边坡稳定安全系数的计算主要有拟静力法和动力时程方法。拟静力法是目前普遍用于边坡抗震设计的一种简化方法。该方法法沿用边坡静力稳定性分析的基本思想，将地震的瞬时作用等效为一个水平方向，并施加在潜在不稳定的滑体重心上，加速度的方向取为使边坡失稳的方向。根据极限平衡理论，求解潜在不稳定滑体的静力平衡或力矩平衡方程，便可以确定滑体的拟静力安全系数。根据《铁路工程抗震设计规范》，水平地震力计算公式如下：
Fhi＝ηAgmi
式中：Fhi为第i条土块质心处的水平地震力，η为水平地震作用修正系数，Ag为地震动峰值加速度，mi为第i条土块的质量。
在上述公式中，最为重要的是水平地震作用修正系数η，现行规范规定对各种边坡均取0.25。拟静力方法既没有考虑地震的特征，如振动频率、次数和地震持时等因素，也没有考虑边坡材料的动力性质和阻尼性质等，因此无法反映边坡在地震时的反应特性。
动力时程方法能够考虑上述诸多因素，且具有随时间而变化的性质，由于荷载和反应随时间而变化，但动力时程方法较为复杂，且需要消耗较长的时间，因此在实际工程中尚未广泛应用。
通过动力时程方法和拟静力方法的结果对比发现，地震力在时间和空间的分布是不均匀的，存在时空非一致性，边坡高度、边坡土体性质、地震波频率等对于地震力均有着很大的影响。在边坡高度较小时，水平地震作用修正系数η取0.25基本合适；但在边坡高度较大时，水平地震作用修正系数η取0.25偏大，偏于保守。
因此针对《铁路工程抗震设计规范》不同高度、不同土体性质的边坡均采用同一水平地震作用修正系数，与实际存在偏差的问题，有必要提出一种更为合理的水平地震作用修正系数的确定方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种水平地震作用修正系数的确定方法，以使水平地震作用修正系数更符合实际，且计算简捷、方便，为工程设计提供更为准确的依据。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种水平地震作用修正系数的确定方法，包括如下步骤：
①根据地质勘查结果获取待研究边坡的基本地质信息，包括边坡高度H、坡体密度ρ、坡体弹性模量E、坡体泊松比ν和地震波等效频率 f；
②由以下公式计算水平地震作用修正系数η：
③如果计算出的水平地震作用修正系数η小于0.1，则η取0.1。
本发明的有益效果是，提出了一种考虑地震力时空非一致性的水平地震作用修正系数计算公式，所确定的水平地震作用修正系数更符合实际，且计算简捷、方便，为工程设计提供更为准确的依据。
附图说明
本说明书包括如下二幅附图：
图1是实施例高陡边坡的示意图，图中：基岩A，覆岩B；
图2是不同高度、不同坡度的边坡的动力时程分析结果。
具体实施方式
本发明一种水平地震作用修正系数的确定方法，包括如下步骤：
①根据地质勘查结果获取待研究边坡的基本地质信息，包括边坡高度H、坡体密度ρ、坡体弹性模量E、坡体泊松比ν和地震波等效频率 f；
②由以下公式计算水平地震作用修正系数η：
③为确保实际工程有足够的安全余量，如果计算出的水平地震作用修正系数η小于0.1，则η取0.1。
上述步骤②中公式的确定过程如下：
(a)采用动力时程法对不同高度、不同坡度的边坡进行分析。不同高度、不同坡度的边坡的动力时程分析结果如图2所示，图中H为边坡高度，λ为地震波波长。
(b)对上述结果进行拟合，得到水平地震作用修正系数η的计算公式。
实施例
以西南地区某高陡边坡为研究对象，如图1所示。经地质勘察，测区属构造剥蚀低中山地貌，地形起伏较大，基岩为砂岩夹泥岩，天然密度为 2300kg/m3，内摩擦角为40°，覆岩为碎石土，天然密度为2200kg/m3，内摩擦角为40°，高差38m。根据《中国地震动峰值加速度区划图》
(GB18306-2001)，测区地震动峰值加速度为0.15g，特征周期0.4s。
①根据地质勘查结果获取待研究边坡的基本地质信息：
边坡高度H＝38m；
地震波等效频率f＝1/0.4＝2.5Hz；
坡体密度ρ＝2200kg/m3；
坡体弹性模量E＝4×107Pa；
坡体泊松比ν＝0.3。
②由以下公式计算水平地震作用修正系数η：
③0.12>0.1，故水平地震作用修正系数η取0.12。
对比例
以实施例中边坡为对象，依据极限平衡法，分别采用本实施例中计算出的水平地震作用修正系数和按照《铁路工程抗震设计规范》确定的水平地震作用修正系数计算边坡在地震作用下的稳定性。
实施例中水平地震作用修正系数η＝0.12，采用极限平衡法计算出的地震作用下边坡稳定系数为1.11。
按照《铁路工程抗震设计规范》水平地震作用修正系数η＝0.25，采用极限平衡法计算出的地震作用下边坡稳定系数为0.9。
为进行对比，采用数值模拟对实施例中边坡进行了稳定性分析，得出地震作用下边坡稳定系数为1.12。
对比可知，根据本发明所述方法确定的水平地震作用修正系数计算出的边坡稳定系数与数值模拟结果更为接，可为工程设计提供更为准确的依据。

Claims (1)

1.一种水平地震作用修正系数的确定方法，包括如下步骤：
①根据地质勘查结果获取待研究边坡的基本地质信息，包括边坡高度H、坡体密度ρ、坡体弹性模量E、坡体泊松比ν和地震波等效频率f；
②由以下公式计算水平地震作用修正系数η：
Figure FDA0003409265810000011
③如果计算出的水平地震作用修正系数η小于0.1，则η取0.1。
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