[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

说明书

本发明属于岩土工程中边坡稳定分析及评价技术领域，并公开了一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法，包括以下步骤：1)建立顺层岩质边坡岩块的动力运动方程；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；3)获得边坡动力安全系数与可靠度的时程；4)建立地震作用下边坡稳定可靠性安全评价方法。本发明的地震可靠度计算方法考虑了地震动的随机性特征，且与边坡工程技术规范和实际工程风险相结合，其计算结果能更真实地反映地震作用下边坡的安全状况。

技术领域

本发明属于岩土工程中边坡稳定分析及评价技术领域，更具体地，涉及一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法。

背景技术

目前，地震作用下顺层岩质边坡的稳定性分析方法主要有拟静力法、Newmark滑块位移法、基于数值模拟软件的时程分析法和顺层岩质边坡地震响应简化高效计算方法。其中，拟静力法是一种用静力学方法近似解决动力学问题的简易方法，它发展较早，迄今仍然被广泛使用。其基本思想是在静力计算的基础上，将地震作用简化为一个惯性力系附加在研究对象上，其核心是设计地震加速度的确定问题；Newmark滑块位移法以刚体极限平衡法为基础，通过对超过临界加速度的那部分地震加速度时程进行2次积分来计算出边坡的地震永久位移；基于数值模拟软件的时程分析法是通过在数值模拟软件中建立计算分析模型，并由结构基本运动方程输入地震加速度进行积分计算，从而求得整个时间历程内结构地震作用效应的一种结构动力计算方法，也为国际通用的动力分析方法。顺层岩质边坡地震响应简化高效计算方法是根据结构动力学原理建立顺层岩质边坡岩块的动力运动方程，进而采用Matlab/Simulink工具建立地震响应计算仿真模型，由此，即可实现岩块地震响应的快速求解和输出。

目前，边坡在地震作用下的稳定性评价指标主要有拟静力安全系数、平均安全系数、最小平均安全系数和可靠度动力安全系数。而对于地震作用下边坡可靠性评价方法的研究还少有报道，现有的边坡在地震作用下的可靠性评价指标主要为拟静力可靠度、最小动力可靠度、平均可靠度和平均大可靠度。

但是，目前的这些评价方法分别存在以下问题：

(1)对于目前的稳定性分析方法：拟静力法只是将地震力简化为一种不变的惯性力，并未考虑地震的动力特征；Newmark法缺乏合理的稳定性破坏标准；基于数值模拟软件的时程分析法能够较好地考虑地震及边坡岩土体的动力特性，其计算结果也相对合理。然而，该方法计算过程费时费力，且对计算能力和软硬件环境的要求较高。因此，本发明采用顺层岩质边坡地震响应简化高效计算方法进行顺层岩质边坡的地震反应计算。

(2)对于目前的地震可靠性评价方法：拟静力安全系数、平均安全系数、最小平均安全系数和可靠度动力安全系数都是基于确定性评价方法的指标。事实上，地震动是一个动态的随机过程，地震作用下边坡可靠度也应是一个随时间变化的随机变量。而现有的边坡地震作用下可靠度评价指标，拟静力可靠度、最小动力可靠度、平均可靠度和平均大可靠度，其选取计算方法往往忽略了地震动的随机性特征。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种地震作用下顺层岩质边坡稳定可靠性安全评价方法，即采用最低安全要求可靠度和最大允许失效可靠度两个新的指标进行评价，并给出了相应的计算方法，能更真实地反映地震影响并考虑地震动随机性特征，更真实地反映地震作用下边坡的安全稳定状况，更具合理性和工程适用性，对实际工程评价及国家和人民生命财产的安全也具有重要意义。

为实现上述目的，按照本发明，提供了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：