地震作用下臨近邊坡地基承載力數值模擬分析與研究

呂海濱

（山東正元建設工程有限責任公司，濟南250100）

1 引言

土地資源緊缺形勢給工程建設帶來了復雜的地基環境，在實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別，因此，分析臨坡條形基礎的極限承載情況成為工程設計中的重點。地震作用對臨坡地基的影響較大，因此，需要對地震這一特殊工況下的極限承載力進行研究。

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用廣泛，其以屈服準則為核心理論，將巖體理想化為彈塑性體，對其承載力進行分析[1]。

2.2 模型設計

圖1為地震條件下臨近邊坡條形基礎極限承載力計算模型，邊坡垂直高度為H，條形基礎寬度為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

對模型的科學性和適用性進行檢驗。有研究人員將坡角設置為30°，采用極限平衡法和滑移線法對條形基礎在地震作用下的承載力進行分析。當地震程度較輕時，極限平衡法得出的結論與該模型大致相同。但其研究將條形基礎與土體的接觸面假設為完全光滑狀態，導致利用滑移線法進行計算時，條形基礎的極限承載力偏低。在此基礎上，本模型假設條形基礎與土體之間接觸面完全粗糙，得到更為精確的計算結果。

圖1 極限承載力計算模型

3 地震作用下臨近邊坡條形基礎極限承載力

3.1 承載力系數計算

計算公式為：式中，qu為極限承載力；Qu為條形基礎遭受地震作用時的極限荷載；B為條形基礎寬度；c為邊坡土方的黏合力；γ為土方的質量；Nc和Nγ為兩項承載系數。

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。當土體內摩擦角和邊坡坡度分別取 10°、20°、30°、40°時，得到條形基礎受地震作用時的Nc系數與地震作用水平方向上的加速度之間的關系曲線，如圖2所示。

圖2 Nc系數與地震水平加速度關系

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

圖3 Nγ系數與地震水平加速度關系

3.2 破壞模型的變動

現對模型中參數進行賦值，設邊坡垂直高度H為2.5m，邊坡摩擦內角φ為40°，土方黏合力c為10k Pa。當邊坡承載力達到極限時，條形基礎下方存在剛性區域。水平地震加速度越大，這一區域越偏向于邊坡方向，條形基礎的極限承載力下降。

3.3 承載力研究結果

文獻[2]中的研究結果給出了當H/B=分別取0、1.0、2.0，β=30°，φ=40°，土方與條形基礎接觸面為完全粗糙時，使用極限分析法和極限平衡法得到的承載力系數情況，如表1所示。對比本文的研究結果，當加設邊坡的黏合力為0時，文獻中給出的計算方法能夠得到較準確的條形基礎極限承載力結果。但在本文的研究的邊坡模型中，文獻中研究方法將系數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算結果

綜上所述，當使用極限分析法對地震作用下臨近邊坡條形基礎極限承載力進行計算時，土方黏合力越高，其穩定性也越高，Nγ系數越大。若不計土方黏合力對條形基礎承載力的影響，會導致最終的計算結果偏低。

4 結論

抗震性能是檢驗工程建設質量的關鍵指標，鑒于臨近邊坡的條形基礎極限承載力與抗震性能的相關關系，在開展工程建設之前，需結合建設條件適當選取極限承載力計算方法。優化巖土工程建設方案，確保工程建設質量。