地震作用下临近边坡地基承载力数值模拟分析与研究

吕海滨

（山东正元建设工程有限责任公司，济南250100）

1 引言

土地资源紧缺形势给工程建设带来了复杂的地基环境，在实际工作中常遇到临坡地基。该类型地基与水平地基的承载特性存在明显的区别，因此，分析临坡条形基础的极限承载情况成为工程设计中的重点。地震作用对临坡地基的影响较大，因此，需要对地震这一特殊工况下的极限承载力进行研究。

2 极限分析法

2.1 极限分析法

极限分析法在岩土工程分析中应用广泛，其以屈服准则为核心理论，将岩体理想化为弹塑性体，对其承载力进行分析[1]。

2.2 模型设计

图1为地震条件下临近边坡条形基础极限承载力计算模型，边坡垂直高度为H，条形基础宽度为B，与边坡上边缘平齐，边坡与水平面夹角为β。

2.3 模型分析

对模型的科学性和适用性进行检验。有研究人员将坡角设置为30°，采用极限平衡法和滑移线法对条形基础在地震作用下的承载力进行分析。当地震程度较轻时，极限平衡法得出的结论与该模型大致相同。但其研究将条形基础与土体的接触面假设为完全光滑状态，导致利用滑移线法进行计算时，条形基础的极限承载力偏低。在此基础上，本模型假设条形基础与土体之间接触面完全粗糙，得到更为精确的计算结果。

图1 极限承载力计算模型

3 地震作用下临近边坡条形基础极限承载力

3.1 承载力系数计算

计算公式为：式中，qu为极限承载力；Qu为条形基础遭受地震作用时的极限荷载；B为条形基础宽度；c为边坡土方的黏合力；γ为土方的质量；Nc和Nγ为两项承载系数。

本文研究的边坡模型受到地震作用后，其承载力与Nc和Nγ相关。当土体内摩擦角和边坡坡度分别取 10°、20°、30°、40°时，得到条形基础受地震作用时的Nc系数与地震作用水平方向上的加速度之间的关系曲线，如图2所示。

图2 Nc系数与地震水平加速度关系

再观察当边坡垂直高度与条形基础宽度比例分别为0.2和 1.0，土体内摩擦角和边坡坡度分别取 10°、20°、30°、40°，稳定系数分别取1、2、10和无穷大时，系数Nγ与地震作用水平方向上的加速度之间的关系曲线，如图3所示。

图3 Nγ系数与地震水平加速度关系

3.2 破坏模型的变动

现对模型中参数进行赋值，设边坡垂直高度H为2.5m，边坡摩擦内角φ为40°，土方黏合力c为10k Pa。当边坡承载力达到极限时，条形基础下方存在刚性区域。水平地震加速度越大，这一区域越偏向于边坡方向，条形基础的极限承载力下降。

3.3 承载力研究结果

文献[2]中的研究结果给出了当H/B=分别取0、1.0、2.0，β=30°，φ=40°，土方与条形基础接触面为完全粗糙时，使用极限分析法和极限平衡法得到的承载力系数情况，如表1所示。对比本文的研究结果，当加设边坡的黏合力为0时，文献中给出的计算方法能够得到较准确的条形基础极限承载力结果。但在本文的研究的边坡模型中，文献中研究方法将系数Nγ忽略，得出的极限承载力偏低。

表1 极限分析法与极限平衡法计算结果

综上所述，当使用极限分析法对地震作用下临近边坡条形基础极限承载力进行计算时，土方黏合力越高，其稳定性也越高，Nγ系数越大。若不计土方黏合力对条形基础承载力的影响，会导致最终的计算结果偏低。

4 结论

抗震性能是检验工程建设质量的关键指标，鉴于临近边坡的条形基础极限承载力与抗震性能的相关关系，在开展工程建设之前，需结合建设条件适当选取极限承载力计算方法。优化岩土工程建设方案，确保工程建设质量。