[发明专利]一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法

权利要求书

1.一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立顺层岩质边坡岩块的动力运动方程：

在顺层岩质边坡地震反应分析中，将顺层岩质边坡的岩体视为粘弹性体，根据结构动力学原理，建立其动力运动方程如下：

其中，[M]、[C]和[K]分别为顺层岩质边坡整体质量、阻尼和刚度矩阵；和{u}分别为地震加速度、速度和位移响应矩阵；{l}为单位转置矩阵；为地震引发的地面运动加速度；另外，顺层岩质边坡整体阻尼矩阵[C]采用Rayleigh阻尼模型，其表达式为[C]＝α₁[M]+α₂[K]，其中α₁和α₂均为Rayleigh系数，并且

其中，ω₁和ω₂分别为顺层岩质边坡的第一振型频率和第二振型频率；ξ₁和ξ₂为对应的阻尼比；

2)获得顺层岩质边坡结构面上剪切力和法向力的地震响应：

采用Newmark-β法对步骤1)中建立的动力运动方程进行逐次计算，获得顺层岩质边坡在地震动过程中的加速度、速度和位移响应，由此获得顺层岩质边坡结构面上剪切力和法向力的地震响应；

3)获得边坡动力安全系数与可靠度的时程：

采用Mohr-Coulumb破坏准则，根据步骤2)中剪切力和法向力的地震响应结果，获得t时刻顺层岩质边坡第i个滑动面的安全系数F_savei(t)为：

其中F_ni(t)和F_si(t)分别为第i个滑动面在t时刻的法向力和剪切力值；L_i为第i个滑动面的长度；和c分别为第i个滑动面的内摩擦角和黏聚力；i为正整数；

由此获得顺层岩质边坡在整个地震过程中的动力安全系数的时程；

其中，顺层岩质边坡的第i个滑动面在t时刻的极限状态方程为：

采用Monte Carlo法进行求解，选取总模拟次数为S，获得t时刻顺层岩质边坡上的第i个滑动面的可靠度P_si(t)为：

其中V为Z_i(t)≤0的次数；

由此获得顺层岩质边坡在整个地震过程中的动力可靠度的时程；

4)建立地震作用下边坡稳定可靠性安全评价方法：

根据步骤3)中所获得的边坡动力安全系数与可靠度的时程，并依据国标技术规范中规定的边坡稳定安全系数最低要求值和实际工程中可接受的边坡最大允许破坏概率，由此获得动力安全系数的最大值F_savemax和最小值F_savemin、动力可靠度的最大值P_smax和最小值P_smin；然后将F_savemax和F_savemin以预设值Δδ为间隔，将P_smax和P_smin以预设值Δξ为间隔，分别将安全系数和可靠度由最小值至最大值分成等间隔区间，并依次对边坡在每一时刻的安全系数和可靠度进行统计，由此得到安全系数和可靠度的区间概率分布；然后定义累积分布概率P(a)为随机变量X大于或等于a的概率，由此可分别获得安全系数的累积概率分布图和可靠度的累积概率分布图；

获取安全等级边坡的稳定安全系数最低要求值，在安全系数的累积概率分布图上可获得对应的最低安全要求可靠度P_ssa的值，最低安全要求可靠度P_ssa即为边坡稳定安全系数最低要求值对应的概率；

根据选取的最大可接受的失效概率，在可靠度的累积概率分布图上可获得对应的最大允许失效可靠度P_sad的值，其中最大允许失效可靠度P_sad为边坡最大可接受的失效概率对应的可靠度；

由此，根据上述获得的P_ssa和P_sad的值，得到边坡整体可靠度P_save＝min{P_ssa,P_sad}。