[发明专利]一种地震荷载作用下三维非对称边坡的稳定性预测方法

说明书

本发明公开了一种地震荷载作用下三维非对称边坡的稳定性预测方法。该预测方法包括以下步骤：1、选定待预测的边坡，确定边坡的三维几何尺寸及三维滑动面的几何形状，用方程表示边坡表面的几何形状及滑动面的形状；步骤2、将滑动体离散成土体条柱；步骤3、建立地震荷载作用下三维非对称边坡稳定性预测方程组，求解方程组得到边坡的安全系数Fs和滑动方向α；步骤4、根据稳定系数临界值判断三维非对称变坡的稳定性。与现有技术相比，本发明预测方法同时考虑了竖向(z方向)和水平（x,y方向）地震力对边坡稳定性的影响，且考虑了滑动方向对非对称边坡稳定性预测的影响，计算精度高、速度快，预测结果更加可靠。

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种地震荷载作用下三维非对称边坡的稳定性预测方法。

背景技术

我国丘陵、岗地分布广泛，这就从客观上决定了我国有大量的自然边坡；同时，我国当前正处于经济飞速发展的时期，大量的基础设施建设产生大量的人工边坡如公路路堑边坡。由于多变的边坡几何外形、复杂的地质条件、附加荷载以及地震作用等因素的影响，很多边坡呈现出非对称特性。

此外，由于我国位于世界两大地震带—环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间，抗震设防烈度7度及以上地区在我国广泛分布。地震作用引起的滑坡会给人民的生命财产带来巨大的危害。例如，2008年5月12日的汶川地震引发了多大15000余处滑坡，导致了20000多人丧失了生命。

目前，各种三维边坡稳定性分析方法均以传统的二维分析方法为基础，假定滑动体存在一个对称面，且滑动方向平行于对称面。基于滑动方向平行于对称面假设提出的分析方法只适用于传统的对称边坡。此外，地震力的作用方向只考虑水平方向，忽略了竖直方向地震力作用的影响。因此，迫切需要能够考虑竖直和水平地震荷载作用下的三维非对称边坡稳定性分析方法。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种地震荷载作用下三维非对称边坡的稳定性预测方法，它既能考虑滑动方对三维非对称边坡稳定性预测的影响，又满足了三个方向力的平衡方程和两个方向力矩平衡方程，对条间力的假设较少，计算得到的结果更加科学合理。

一种地震荷载作用下三维非对称边坡的稳定性预测方法，具体步骤如下：

步骤1，根据待分析的具体边坡，确定边坡的几何尺寸和滑动面形状；三维滑动体由边坡的表面和滑动面组成，用方程表示边坡表面和滑动面；确定土体的强度参数粘聚力c、内摩擦角φ及土体重度γ；水平和竖直方向的地震加速度系数分别为k_h(k_hx,k_hy)和k_z，以及地震波传播方向与x轴的夹角θ；

步骤2，将三维滑坡体离散成m行n列个土体条柱，假定沿x轴方向土体条柱水平向作用力和竖向作用力的比值为λ_x，沿y轴方向土体条柱水平向作用力和竖向作用力的比值为λ_y；假定所有土体条柱的滑动方向一致，且均为α，所述滑动方向定义为x轴正方向逆时针旋转到土体条柱底部切向力T_i在x-y平面内的投影所形成的角；

步骤3，建立地震荷载作用下三维非对称边坡稳定性预测方程组，求解方程组得到安全系数Fs、三维非对称边坡的滑动方向α以及条柱水平向作用力和竖向作用力的比值λ_x和λ_y；

步骤4，通过比较Fs和边坡稳定性要求的临界值，确定边坡的稳定状态；若Fs大于该临界值，则边坡处于稳定状态；若Fs小于该临界值，则边坡处于不稳定状态。

作为改进的是，步骤3中建立地震荷载作用下三维非对称边坡稳定性预测方程组，具体包括以下步骤：