堤坝地震变形的分析指南

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1 引言

当地震发生时，地震力会降低边坡的稳定性，严重时会导致边坡立即发生破坏，因此进行地震载荷(Seismic Loading)作用下的边坡稳定性分析对于评估边坡的稳定性和边坡设计来说非常重要。目前大多数的工程分析(采矿边坡和尾矿坝)都使用极限平衡法，通过指定相应的地震荷载系数(seismic load coefficient)，在水平方向和垂直方向施加伪静力地震荷载(Pseudostatic Seismic Loading)，这种方法简单快捷，能够满足一般工程需要。

不过，如果不是震级大于7.0的摧毁性地震【土耳其M7.4级地震后的岩土地震工程研究回顾(Kocaeli, Turkey, 1999)】，当一个岩石边坡受到地震震动时，即使瞬态应力达到岩石的抗剪强度，边坡也不一定会发生破坏。此外，即使滑动面的安全系数在地震期间的有限时间内FOS<1，也不意味着边坡会发生严重的破坏，真正重要的是地震导致边坡出现的永久性位移。伪静态分析不能揭示出这种变形特征，而Newmark位移分析能够估算出地震诱发的永久性位移【边坡和大坝的地震稳定性(Seismic Stability of Slopes and Dams)；堤坝地震变形分析(Seismic Deformations of Embankment Dams)】。这种永久性位移在地震期间可能不会导致边坡立即破坏，但在地震后由于外部因素的作用边坡会发生破坏【秘鲁暴雨诱发的滑坡(Peru landslide)造成重大损失 | Fluid-Mechanical Interaction】，因此Newmark位移分析对于边坡设计具有很大的现实意义。

本文概述了堤坝地震变形的分析方法，作为目前尾矿坝地震变形分析的指南。地震变形通常使用下面的术语来表示：

post-earthquake deformations
Seismic Deformations
Permanent Deformations

采用的地震变形分析方法包括经验的和数值的方法：

(1) Newmark(Slide2, Slope/W + Quake/W)

(2) SPT, CPT, VST(Settle3D, NovoLIQ, NovoCPT, CLiq, LiqIT, LiqSVs)

(3) Geostudio中的Seep/W + Sigma/W + Quake/W

2 Slide2 Newmark位移分析

Newmark位移分析(Newmark Displacement Analysis) 用来确定地震载荷导致的临界Newmark位移，计算原理基于1965年Newmark提出的"滑块法(sliding block method)"，估算地震引起的边坡位移，它填补了过于简单的伪静态分析和过于复杂的应力-变形分析之间的空白。在简单的伪静态地震边坡稳定方法中，地震力被认为是永久的(静态的)体力，并假设如果地面峰值加速度超过临界加速度，边坡将破坏。实际分析表明，临界加速度明显较低的边坡可以在较高的地震加速度下不会有明显的破坏，原因是地震地面加速度是一种瞬时现象，在任何具有实际意义的破坏之前，边坡可能会发生一些永久变形(Newmark 1965)。因此，Newmark分析不如伪静态分析保守(Wilson & Keefer, 1983)。一些研究人员也通过增加孔隙水压力来估算地震引起的边坡位移。

来源：计算岩土力学