降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析.pdf

第 卷 第期宁夏大学学报(自然科学版)年月V o l N o J o u r n a l o fN i n g x i aU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)S e p 文章编号:()降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析张广招,王红雨,亢文涛,李其星(宁夏大学 土木与水利工程学院,宁夏 银川 ;宁夏送变电工程有限公司,宁夏 银川 )摘要:为探究降雨和地震耦合作用对填方边坡产生的影响,以宁夏中南部黄土丘陵山区妙岭变电站高填方边坡工程为背景,基于施工现场踏勘和探地雷达探测资料,结合地勘报告和设计资料,通过P L A X I S建立数值模型,分析该边坡在降雨和地震耦合作用下的稳定性结果表明,在降雨或地震单一作用下、降雨和地震耦合作用下,边坡体的超孔隙水压力增大,基质吸力和抗剪强度降低,但由降雨和地震耦合作用造成的超孔隙水压力增幅及基质吸力降幅更大,并且降雨历时越长,降雨和地震耦合作用对边坡的不利影响越大;在降雨条件下,地震力对边坡的影响主要体现在水平位移上,对竖直方向上的位移影响较小,且边坡的总位移随边坡高度的增加逐渐增大;在降雨和地震耦合作用下,坡面监测点的速度峰值大于坡体内部监测点的,坡顶的速度峰值较坡面其他位置的大,坡体表面的动力响应敏感,容易发生浅层滑移可为西北黄土地区高填方边坡工程的治理设计和预警预报提供参考关键词:降雨和地震耦合作用;高填方边坡;稳定性分析;数值模拟;黄土丘陵山区分类号:(中图)TU ;TU 文献标志码:A收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目();妙岭 k V变电站科技进步基金资助项目(S G N X S B B D J S )作者简介:张广招(),男,硕士研究生,主要从事边坡稳定性研究,(电子信箱)z g z q u t c o m输变电工程是典型的线状工程,在宁夏中南部地区,其线路所经区域多为地形复杂的黄土丘陵山地,在建设时需要平山造地,由此形成了大量的高填方边坡在西北黄土丘陵地区,虽然降雨量较少,但汛期通常有短历时的暴雨,加之地处南北地震带上,存在降雨和地震等自然灾害叠加的潜在风险因此,研究在降雨和地震耦合作用下,建筑场地高填方边坡的稳定性,对输变电工程的正常运营具有重要意义国内外学者多考虑降雨或地震单因素对高填方边坡稳定性的影响降雨是引起滑坡的关键因素之一张硕等通过室内模型实验,研究在降雨条件下,黄土填方边坡的渗流特征及变形破坏模式赵建军等通过物理模拟方法,对填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系进行探讨 H a m d h a n等通过P L A X I S D分析降雨入渗对高边坡孔隙水压力的影响规律谢春庆等通过数值模拟方法,研究降雨时间、降雨强度和填筑体内水位变化对填方边坡变形和稳定性的影响地震作用是震区工程建设者关注的焦点问题之一 W a r t m a n等基于物理模型实验,对地震作用下边坡的变形机理进行研究 Z h o u等在不同离心加速度下进行离心机模型实验,探究高填方边坡在地震作用下的动力响应徐则民等通过有限元与拟静力分析相结合的方法,对九寨黄龙机场填方高边坡的动力稳定性进行研究上述研究揭示了填方边坡在降雨或地震单因素作用下的稳定性及变形破坏机制,其中的模型实验方法能较直观地反映研究对象的原位边界条件及其各因素的相互作用,而数值模拟方法具有成本低、效果明显的优点此外,叶帅华等通过数值模拟方法 ,探究分别在降雨和地震条件下,黄土高填方边坡的稳定性,但未涉及降雨和地震耦合作用对高填方边坡影响的探究高填方边坡在降雨和地震耦合作用下的稳定性是国内外学者研究的重点与难点问题 龚文俊等对甘肃省西和县西山号滑坡的数值模拟结果显示,降雨和地震耦合作用对边坡稳定性有较强的削弱作用乔文号等基于F L A C D分析大永高速公路老南瓜塘边坡在降雨和地震耦合作用下的稳定性 T i w a r i等通过室内模型实验研究地震前后降雨对土坡的影响 ,结果表明,地震作用导致雨水渗流速度增加并显著降低坡体的抗滑力上述研究大多针对天然边坡,而对于高填方边坡的研究较少:一方面,室内模型实验耗费大量的人力和物力,第期张广招等:降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析且不可控因素较多;另一方面,通过模拟软件进行数值计算时,存在一定的局限性例如,G e o s t u d i o内置的极限平衡法,受分析方法和失效机理假设的限制,不能完全适用于实际工程;通过F L A C D进行数值计算,非饱和区的渗透系数仍采用饱和区的渗透 系 数,这 与 非 饱 和 土 的 渗 流 理 论 相 悖;P L A X I S D中的强度折减法可有效克服极限平衡法的缺陷,且内置的非饱和土计算功能与小应变条件下的本构模型(H S S模型),对于高填方土坡在降雨和地震耦合作用下的结果计算更可靠 笔者以宁夏中南部黄土丘陵山区妙岭变电站高填方边坡工程为背景,基于施工现场踏勘和探地雷达探 测 资 料,结 合 地 勘 报 告 和 设 计 资 料,通 过P L A X I S建立数值模型,在不同强度降雨持续时间点施加地震荷载以模拟降雨和地震耦合作用,通过对边坡位移、速度以及基质吸力的变化规律进行分析,研究降雨和地震耦合作用对高填方边坡的影响,可为西北黄土地区高填方边坡工程的治理设计和预警预报提供参考 工程概况工程位于宁夏吴忠市同心县,拟建站的地貌单元属于黄土丘陵边缘区,地势开阔,地形起伏大,整体地形呈北高南低,由北向南倾斜的态势依据 建筑抗震设计规范 划分,挖方区域属建筑抗震一般地段,填方区域属建筑抗震不利地段根据 中国地震动参数区划图,场地类别为类,抗震设防烈度为度,设计地震分组为第三组,特征周期为 s,地震动峰值加速度为 g由区域地质资料和工程地质勘察报告可知,当地下水位埋深大于 m时,可以不考虑地下水对边坡工程的影响 非饱和土渗流理论及动力控制方程 非饱和土的抗剪强度非饱和土的强度准则与饱和土略有不同,需考虑基质吸力,且抗剪强度公式可通过独立的应力状态变量表达在抗剪强度公式中,可采用个应力状态 变 量 中 的个已 经 证 明,应 力 状 态 变 量ua(),uauw()是实际应用中最优的组合,因此非饱和土的抗剪强度计算公式:f fc(fua)ft a n(uauw)ft a nb,()式中:c为有效黏聚力;(fua)f为破坏时在破坏面上的净法向应力;(uauw)f为破坏时在破坏面上的基质吸力;为与净法向应力(fua)f对应的内摩擦角;b为 与 基 质 吸 力(uauw)f对 应 的 内 摩擦角 非饱和土非稳态渗流液体在孔隙介质或者其他透水性介质中的流动称为渗流,包括稳态渗流和非稳态渗流当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时,这种渗流称为稳态渗流;当渗流场中水头及流速等渗流要素随时间不断变化时,这种渗流称为非稳态渗流,也称为瞬态渗流降雨入渗时的渗流属于非稳态渗流,若不考虑水的压缩性以及渗流和固结耦合作用,假定土体为不均匀、各向异性的非饱和黄土,x,y方向的渗透系数各不相同,但随着降雨入渗的不断变化,渗透系数达到饱和描述非饱和土坡降雨入渗的连续性方程:tvxxvyyQ()由D a r c y定律可知:vxkx(hw)hwx,()vyky(hw)hwy,()将()()式代入()式,可得二维非饱和黄土在降雨入渗条件下的渗流偏微分方程:txkx(hw)hwxyky(hw)hwyQ()应用链式法则:thwhwt()()()式中:为水的体积分数;vx,vy为x,y方向的流速;Q为降雨量,kx(hw),ky(hw)为x,y方向的非饱和渗透系数;hw为基质吸力水头将()式代入()式并结合边界条件与初始条件,可得到吸力场随降雨时间与降雨量的函数关系 动力控制方程在动力作用下,单元体所受体力:ppstuvtu,()式中:p为重力及其他静体力;为材料密度;v为阻尼系数;tu为惯性力;vtu为阻尼力;u为位移单元运动的基本方程:FM uC uK u,()式中:F为节点荷载列阵;M为整体质量矩阵,需考虑材料的质量(土、水和结构);C为整体阻尼矩阵;K为整体刚度矩阵;u为节点位移列阵宁夏大学学报(自然科学版)第 卷其中,C是质量和刚度矩阵的函数:C MK,()式中:,分别是质量和刚度的矩阵系数根据振型的正交条件,与振型的阻尼比和固有频率可建立如下关系:KwKwK()由()()式可得瑞利阻尼模型参数,:iwijwjwiwj,()iwijwjwjwi,()式中:wi,wj分别为单元第i,j振型的固有频率;i,j分别为单元第i,j振型对应的阻尼比 数值计算模型的建立 有限元计算模型的建立文中所建模型为二级边坡为模拟真实施工过程,计算过程逐步激活对应土层,分次填筑边坡第层填筑高度为 m,为一级边坡二级边坡分次填筑,每次填筑高度为m,每次填筑时间为d 一、二级边坡的坡度均为 前次填土固结时间为d 以第层填土时超孔隙水压力消散至k N/m时作为固结结束时间点有限元模型网格见图 a 底部采用固定约束,左右两侧为水平约束,上部为自由边界为有效减弱边界的影响,坡顶到左端边界的距离、坡脚到右端边界的距离以及坡脚到下端边界的距离均为坡高的 倍 模型中,土层从上到下依次为回填素土、黄土状粉土、黄土状粉质黏土和粉质黏土由于工程所在地区的地下水位埋深较深,模拟过程中不考虑地下水位对边坡工程的影响网格划分程度为“细”,对坡体表面进行网格加密处理为便于对计算结果进行分析,在边坡表面及内部挖填交界面设置监测点,其中S S 为坡面监测点,T T 为挖填交界面监测点 A点位于黄土状粉土层和黄土状粉质黏土层的交界处,在此监测填筑施工过程中的超孔隙水压力;B点位于模型底部,在此监测加速度,监测点分布见图 b xa L 5b -#&yS1S2S3S4S5S6S7T5T4T3T2T1AB图有限元模型网格及监测点分布岩土体模型选取小应变条件下的土体硬化模型(H S S模型)相比于摩尔库伦模型,该模型考虑土体在地震作用下的循环剪切特性、不可逆特性以及能量耗散特性,同时考虑小应变范围内土体剪切模量随应变增大而衰减的特点依据 妙岭 k V变电站新建工程岩土工程勘察报告书,结合室内土工实验结果及P L A X I S材料模型手册,综合确定岩土体的物理力学参数(表)表中,k,c,E,Sr分别为密度、渗透系数、黏聚力、内摩擦角、弹性模量和饱和度 降雨模拟设置通过P L A X I S D中的流固耦合计算对降雨进行模拟图为回填土的渗透性函数和土水特征曲线,由软件根据土体的颗粒级配曲线自动生成,图中,Krk/ks a t,为相对渗透系数,其中,k为渗透系数,ks a t为饱和渗 透系数;Sr为 饱 和 度;为 基 质吸力 地震模拟设置通过P L A X I S D中的动力计算模拟地震作用在模型底部输入地震波,地震波选用实际地震波E l C e n t r o的加速度时程曲线,加速度幅值调整为 g,输入的地震加速度时程曲线截取前 s(图)表岩土体的物理力学指标岩土体/(gc m)k/(md)c/(k P a)/()E/MP aSr/回填土 黄土状粉土 黄土状粉质黏土 粉质黏土 第期张广招等:降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析图回填土的渗透性函数和土水特征曲线1230a/(ms2)51510t/s20102图加速度时程曲线 降雨和地震耦合模拟设置一般,降雨持续几十分钟甚至几天,而地震只发生在十几秒内,因此笔者在不同强度降雨持续时间点(降雨速率为 m/d,持续降雨d,降雨速率为 m/d,持续降雨d),施加地震荷载来模拟降雨和地震耦合作用 工况设置工程所在地区的历史日最大降雨量为 m m为尽可能反映实际情况,并研究在相同降雨量下,不同降雨速率及降雨历时引起的降雨和地震耦合作用,对填方边坡产生的影响,笔者设置种工况进行模拟计算:工况,降雨速率为 m/d,持续降雨d;工况,降雨速率为 m/d,持续降雨d;工况,单独地震作用;工况,降雨速率为 m/d,持续降 雨d时 发 生 地 震;工 况,降 雨 速 率 为 m/d,持续降雨d时发生地震 有限元计算模型的验证图 a为填筑施工过程中A点的超孔隙水压力变化在填筑施工阶段,超孔隙水压力随时间的增加而上升,而在固结期间,超孔隙水压力随时间的增加而下降,这与已有理论相符,说明边坡填筑施工过程的模拟合理图 b为填方边坡底部监测点B的加速度时程曲线,其与输入的水平地震波加速度时程曲线一致,且峰值相同,表明模型中动力计算参数的设置及输入的地震波合适0050100150t/d20025051015202530p/kPa351230a/(ms2)51510t/s20102a A&CL4b B&F04图超孔隙水压力变化及加速度时程曲线 结果与分析 边坡基质吸力基质吸力对非饱和土边坡的稳定性有重要影响图图为工况、工况下边坡的饱和度和基质吸力分布情况由图图可知,降雨和地震同时发生后,坡体表面的饱和度增大,导致基质吸力下降甚至为填土和原状土交界处的基质吸力变化较大,分析其原因:由于填土和原状土的渗透系数有差异,当雨水入渗至土层交界处时,在次表面产生积水,使该部位的饱和度增大,基质吸力变化较大在工况,下,边坡的基质吸力最大值分别为 ,k N/m相比于单独降雨工况,在降雨和地震耦合工况下,边坡的基质吸力下降幅度较大,且降雨历时越长,基质吸力变化越大,对边坡的影响越大图工况下边坡的饱和度和基质吸力分布云图宁夏大学学报(自然科学版)第 卷图工况下边坡的饱和度和基质吸力分布云图图为工况,下边坡的超孔隙水压力分布情况由图可知,在工况,下,边坡的超孔隙 水 压 力 最 大 值 分 别 为 ,k N/m,说明降雨和地震耦合作用对边坡的超孔隙水压力影响大,且降雨历时越长,边坡体的超孔隙水压力增幅越大,对边坡的影响越大5040302010010203040506070 xy5040302010010203040506070 xy200180160140120100806040200204060 xy a 3 b 4 b 5p/kNm2)p/kNm2)p/kNm2)图各工况下边坡的超孔隙水压力分布云图 边坡位移边坡位移是边坡稳定性最直观的表现图为工况下坡面各监测点水平和竖直方向的位移时程曲线,图为工况下坡面各监测点的总位移时程曲线由图图可知,在降雨和地震耦合作用下,坡面各监测点的位移随时间呈现波动变化,且波形基本一致位移峰值随着边坡高度的增加逐渐减小,但位移最终随着边坡高度的增加呈增大趋势在降雨条件下,地震力对边坡的影响主要发生在水平位移上,对竖直方向上的位移影响相对较小,边坡的总位移取决于水平位移,各监测点的位移变化均呈现先增大后减小的趋势分析其原因:在降雨入渗作用以及逐渐增大的地震荷载作用下,土体的位移逐渐增大随着地震减弱直至停止,土体仅受自重应力此时由于土的弹塑性特性,土体的变形部分恢复,位移变化呈现出先增大后减小的趋势图 a为各工况下监测点S 的位移时程曲线,图 b为工况下坡面监测点和同一边坡高度坡体内部挖填交界处各监测点的位移时程曲线由图 可知,地震发生 s,工况,下边坡的总位移分别为 ,m,说明降雨加剧了地震对边坡的破坏作用,且在降雨量相同的情况下,降雨历时越长,降雨和地震耦合作用对边坡的影响就越大其他监测点也有相似的规律,对其不再详述在降雨和地震耦合作用下,挖填交界面各监测点的位移均小于坡面同一高度监测点的位移坡面各图工况下边坡水平和竖直方向的位移时程曲线第期张广招等:降雨和地震耦合作用下的高填方边坡稳定性分析图工况下边坡的总位移时程曲线图 各监测点的位移时程曲线监测点与相应边坡高度挖填交界处各监测点,在水平方向和竖直方向上存在位移差坡面各监测点及挖填交界处各监测点,在水平方向和竖直方向也存在位移差,且位移差对边坡的稳定性有不利影响 边坡动力响应变化图 为工况下边坡上各监测点的速度等值线分布图由图 可知,在降雨和地震耦合作用下,速度峰值随边坡高度的增加逐渐增大,S(一级边坡坡脚)的速度峰值最小,S(坡顶)的速度峰值最大,说明坡脚的动力响应不敏感,坡顶较坡面上其他位置更易发生危险在工况下也有类似规律,这里不再叙述表为工况,下坡面各监测点及相应高度挖填交界处监测点的速度峰值由表可知,挖填交界处各监测点的速度峰值略小于坡面同一高度上各监测点的,说明在降雨和地震耦合作用下,坡体表面的动力响应比内部敏感,更容易发生浅层滑移xyBHGFEDCB0.59;v/(103 ms1)1.19;1.78;2.37;2.97;3.56;4.16CDEFGH图 工况下坡面各监测点的速度等值线表各工况下监测点的速度峰值监测点vm a x/(ms)工况工况S T S T S T 结论)在降雨或地震单因素作用下、降雨和地震耦合作用下,边坡体的超孔隙水压力均增大,基质吸力和抗剪强度降低相比于降雨或地震单因素作用,降雨和地震耦合作用造成的超孔隙水压力增幅以及基质吸力降幅较大,且降雨历时越长,耦合作用对边坡的不利影响越大)在降雨条件下,地震力对边坡的影响主要发生在水平位移上,对竖直方向上的位移影响相对较小,但总位移随着边坡高度的增加逐渐增大在降雨和地震耦合作用下,坡体表面监测点的位移大于相应高度坡体内部监测点的位移)在降雨和地震耦合作用下,坡顶各监测点的速度峰值较坡面其他位置各监测点的大,坡脚的动宁夏大学学报(自然科学版)第 卷力响应不敏感,坡顶较坡面其他位置更易发生危险坡面各监测点的速度峰值均大于相应高度坡体内部各监测点的速度峰值,坡体表面的动力响应比内部更敏感,更易发生浅层滑移现象参考文献:毕仲辉,张燎军,翟亚飞,等层状边坡的地震动输入方法研究J水资源与水工程学报,():王来贵,向丽,赵娜,等地震作用下顺倾多弱层岩质边坡动力响应J中国地质灾害与防治学报,():秦晓同,崔凯,青于蓝水热耦合作用下季节冻土边坡降雨入渗规律及入渗机理 J中国公路学报,():张硕,裴向军,黄润秋,等黄土填方边坡降雨入渗特征及变形破坏模式的模型试验J中国公路学报,():赵建军,余建乐,解明礼,等降雨诱发填方路堤边坡变形机制 物 理 模 拟 研 究 J岩 土 力 学,():HAMDHANIN,S CHWE I G E RHF F i n i t ee l e m e n tm e t h o d b a s e da n a l y s i so f a nu n s a t u r a t e ds o i l s l o p e s u b j e c t e dt or a i n f a l l i n f i l t r a t i o nJ I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fG e o m e c h a n i c s,():谢春庆,潘凯,廖崇高,等西南某机场高填方边坡滑塌机制分析与处理措施研究J工程地质学报,():WA R TMANJ,S E E DRB,B R AYJD S h a k i n g t a b l em o d e l i n go f s e i s m i c a l l yi n d u c e dd e f o r m a t i o n s i ns l o p e sJ J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a l a n dG e o e n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,():Z HOUY a n g u o,ME N GD i,MAQ i a n g,e t a l C e n t r i f u g em o d e l i n go f d y n a m i c r e s p o n s eo f h i g h f i l l s l o p eb yu s i n gg e n e r a l i z e ds c a l i n g l a wJ E n g i n e e r i n gG e o l o g y,:D O I:/j e n g g e o 徐则民,张倬元,许强,等九寨黄龙机场填方高边坡动力稳定性分析J岩石力学与工程学报,():叶帅华,时轶磊降雨入渗条件下多级黄土高边坡稳定 性 分 析 J工 程 地 质 学 报,():叶帅华,黄安平,房光文水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析J震灾防御技术,():WANGJ i a n x i n,L I U X i a o l i Ap r e l i m i n a r ys t u d yo fj o i n te f f e c to fe a r t h q u a k ed i s t u r b i n ga n dr a i n f a l lo nY i l i a n g L a n d s l i d eE B/O L h t t p s:/d o i o r g/()龚文俊,李明永,吴志坚降雨和地震耦合作用对滑坡稳定性的影响 以甘肃西和号滑坡为例J西北地震学报,():乔文号,汤华,尹小涛,等降雨和地震耦合作用下老南瓜塘边坡稳定性分析J公路工程,():T I WA R IB,T R AND,A J ME R AB,e ta l E f f e c to fp r e a n dp o s t e a r t h q u a k er a i n f a l le v e n t so nt h ed e f o r m a t i o na n ds t a b i l i t yo fs l o p e sC/G e o t e c h n i c a la n d S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g C o n g r e s s ,:T I WA R IB,L EW I SA,F E R R A REE x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o no fr a i n f a l la n ds e i s m i ce f f e c t st ot r i g g e rs l o p e f a i l u r e sC/G e o C o n g r e s s :S t a b i l i t ya n dP e r f o r m a n c eo fS l o p e sa n dE m b a n k m e n t sI I I,:马蓓青,杜玉鹏,王怀星,等持续降雨条件下黄土边坡稳定性试验研究J水土保持学报,():蒋中明,熊小虎,曾铃基于F L A C D平台的边坡非饱和降雨入渗分析J岩土力学,():孙玉进,宋二祥,杨军基于非线性强度准则的土工结构安全系数有限元计算J工程力学,():孔郁斐,周梦佳,宋二祥,等利用P L A X I S软件计算考虑降雨的边坡稳定性J水利水运工程学报,():宋二祥土工结构安全系数的有限元计算J岩土工程学报,():F R E D L UN DD G,R AHA R D J O H S o i lm e c h a n i c sf o ru n s a t u r a t e ds o i l sM N e w Y e r k:J o h n W i l e y&S o n s I n C,杜忠原,葛忻声,仝飞不同降雨条件下高边坡的稳定性分析J科学技术与工程,():陈兵,吴晓磊,董建华,等季节冻土区土钉支护边坡地震反应动力特性分析J地震工程学报,():P L A X I S D R e f e r e n c e M a n u a l E B/O L h t t p:/w ww c i s e c c n/S u p p o r t/f i l e/C B F C BC C B A A C B p d f 张江伟,周爱红,迟明杰,等边坡地震响应数值模拟中最优边界范围研究J防灾减灾工程学报,():张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究J水利学报,():(下转第 页)宁夏大学学报(自然科学版)第 卷m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so f c o l d f o r m e dt h i n w a l l e ds t e e l c h a n n e l s e c t i o nf l e x u r a lm e m b e r su n d e rs t a t i ca x i a lf o r c ea n dh o r i z o n t a lc y c l i cl o a dw a sc a r r i e do u t T h ee f f e c t so fg e o m e t r i ca n dm a t e r i a ln o n l i n e a r i t ya n di n i t i a l d e f e c t s a r e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n i n t h e f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s B a s e do n t h ev e r i f i e d f i n i t e e l e m e n ta n a l y s i sm o d e l,t h eh y s t e r e t i cp e r f o r m a n c eo f c o l d f o r m e dt h i n w a l l e ds t e e lc h a n n e ls e c t i o nf l e x u r a lm e m b e r sw e r ea n a l y z e db yc h a n g i n gt h em a i np a r a m e t e r s s u c ha s s l e n d e r n e s s r a t i o,w i d t h t h i c k n e s s r a t i o,a x i a l c o m p r e s s i o nr a t i oa n dm a t e r i a ly i e l ds t r e n g t hT h er e s u l t ss h o wt h a tt h es l e n d e r n e s sr a t i o,w i d t h t h i c k n e s s r a t i oa n da x i a lc o m p r e s s i o nr a t i oh a v eas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ef a i l u r em o d ea n dh y s t e r e t i cp e r f o r m a n c eo ft h ef l e x u r a lm e m b e r s T h el a r g e rt h es l e n d e r n e s sr a t i o,t h es m a l l e rt h ep l a s t i cb e n d i n gm o m e n t a n dd u c t i l i t yc o e f f i c i e n t T h e l a r g e r t h ew i d t h t h i c k n e s sr a t i o,t h ee a r l i e r t h ef a i l u r ed e f o r m a t i o no c c u r s,a n dt h ep l a s t i cb e n d i n gm o m e n t i s i m p r o v e d T h eg r e a t e r t h ea x i a l c o m p r e s s i o nr a t i o,t h es m a l l e rt h ep l a s t i cb e n d i n gm o m e n t a n dd u c t i l i t y f a c t o r,t h e f a s t e r t h e s t i f f n e s sd e g r a d a t i o n T h e c o m p o n e n t sw i t hs m a l l s l e n d e r n e s s r a t i oa n dw i d t h t h i c k n e s s r a t i os h o u l db es e l e c t e da s f a ra sp o s s i b l e i ns e i s m i cd e s i g n K e yw o r d s:c o l d f o r m e dt h i n w a l l e ds t e e l;c h a n n e l s e c t i o n;f l e x u r a lm e m b e r;h y s t e r e t i cb e h a v i o u r;f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s(责任编辑高继红)(上接第 页)S t a b i l i t yA n a l y s i so fH i g h f i l l e dS l o p eU n d e r t h eC o u p l i n gA c t i o n so fR a i n f a l l a n dE a r t h q u a k eZ h a n gG u a n g z h a o,W a n gH o n g y u,K a n gW e n t a o,L iQ i x i n g(S c h o o l o fC i v i l a n dH y d r a u l i cE n g i n e e r i n g,N i n g x i aU n i v e r s i t y,Y i n c h u a n ,C h i n a;N i n g x i aP o w e rT r a n s m i s s i o na n dT r a n s f o r m a t i o nE n g i n e e r i n gC o L t d,Y i n c h u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t oe x p l o r et h e i n f l u e n c eo f t h ec o u p l i n ga c t i o n so f r a i n f a l l a n de a r t h q u a k eo nt h eh i g h f i l l e ds l o p e,t h eh i g h f i l l e ds l o p ep r o j e c to f M i a o l i n gs u b s t a t i o ni nt h el o e s sh i l l ya r e ao fc e n t r a la n ds o u t h e r nN i n g x i aw a ss t u d i e da st h es u b j e c t B a s e do nt h ef i e l ds u r v e ya n dg r o u n dp e n e t r a t i n gr a d a rd e t e c t i o n,c o m b i n e d w i t ht h e g e o l o g i c a ls u r v e yr e p o r ta n d d e s i g n d a t a,t h e n u m e r i c a l m o d e l w a se s t a b l i s h e db yP L A X I Sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r et os i m u l a t et h es t a b i l i t yo f t h eh i g h f i l l e ds l o p eu n d e rt h ec o u p l i n ga c t i o n so fr a i n f a l la n de a r t h q u a k e T h er e s u l t ss h o w t h a tt h es i n g l ee f f e c to fr a i n f a l la n de a r t h q u a k ea n d t h e c o u p l i n ge f f e c t o f r a i n f a l l a n de a r t h q u a k ew i l l i n c r e a s e t h e e x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r eo ft h es l o p ea n dr e d u c ei t sm a t r i cs u c t i o na n ds h e a rs t r e n g t hH o w e v e r,t h ei n c r e a s eo fe x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ea n dt h ed e c r e a s eo fm a t r i cs u c t i o nc a u s e db yt h ec o u p l i n ge f f e c to fr a i n f a l la n de a r t h q u a k ea r eg r e a t e r,a n dt h el o n g e rt h er a i n f a l ld u r a t i o n,t h eg r e a t e rt h ea d v e r s ee f f e c to nt h es l o p e U n d e rt h ec o n d i t i o no fr a i n f a l l,t h ei n f l u e n c eo fs e i s m i cf o r c eo nt h es l o p ei s m a i n l yr e f l e c t e di nt h eh o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n t,a n dt h e i n f l u e n c eo nt h ev e r t i c a ld i s p l a c e m e n t i ss m a l l T h et o t a ld i s p l a c e m e n to f t h es l o p ei n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo f t h es l o p eh e i g h t U n d e rt h ec o u p l i n ge f f e c to fr a i n f a l la n de a r t h q u a k e,t h ep e a kv e l o c i t yo ft h em o n i t o r i n gp o i n t so nt h es l o p es u r f a c ei sg r e a t e rt h a nt h a to ft h em o n i t o r i n gp o i n t si n s i d e t h es l o p e,a n dt h ep e a kv e