[发明专利]等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法

权利要求书

1.一种等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分级施加静荷载，并按每级静荷载施加后土中应力应变的变化情况，修正力学参数，按照实际的应力应变特点构建本构模型作为应力-应变关系的数学模型，当所有静荷载施加后，计算出的累积应力即为震前土坡中的静应力；

步骤2、根据土坡抗震设计要求，确定地震加速度时程关系，然后采用二级时段法输入；

步骤3、静力与动力反应计算，求得土坡内某些点的有效应力。

2.根据权利要求1所述的一种等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤1中本构模型为邓肯-张模型或者弹塑性本构模型。

3.根据权利要求1所述的一种等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤2中二级时段法中，一级时段是指地震加速度曲线发生转折的相邻2个转折点之间的时段；二级时段也称为计算时段，是指将一级时段按积分稳定性和计算精度要求，均匀等分的每个等份时段。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、在一级时段内循环；

步骤3.2、假定单元的初始动剪切模量G_i和阻尼比λ_i，i指第i个单元；

步骤3.3、对该一级时段内的所有二级时段循环，计算出该一级时段内的动剪应变时程关系及平均动剪应变γ；

步骤3.4、确定该一级时段的等效周数及液化次数；

步骤3.5、计算该一级时段结束时的动孔隙压力和有效应力。

5.根据权利要求4所述的一种等参单元法与滑动面法相结合的土坡地震稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤3.3具体按照以下步骤实施：

步骤3.3.1、求解每个二级时段内的动力方程：

[M]{δ″}+[C]{σ′}+[K]{δ}＝{R(t)} (1)

式中：[M]、[C]和[K]分别为总体质量、阻尼和刚度矩阵，{R(t)}为结点动荷载向量，{δ″}、{σ′}和{δ}分别为结点相对加速度、速度和位移，[C]用瑞利公式计算；

步骤3.3.2、根据平均剪应变γ和平均有效主应力σ’_m，计算动剪切模量G₀和阻尼比λ：

λ＝λ_maxγ_h/(1+γ_h) (3)

γ_h＝γ[1+a·exp(-bγ/γ_r)]/γ_r (4)

式中，λ_max、a、b为试验参数，P_a为大气压力，它和G₀、σ’_m应有相同的因次，F(e)为与孔隙比有关的函数，建议关系式OCR为超固结比(影响程度与塑性指数的大小有关)，n为应力的指数，取0.5，γ_r为参考应变，γ_h为计算参数，σ’_m为平均有效主应力；k为固结应力比的指数，取值与塑性指数的大小有关；

步骤3.3.3、如果该一级时段计算出的动剪切模量G_i满足下式(5)则结束迭代，进入下一个一级时段：

G_i,j-G_i,j-1≤Δ (5)

式中：i指第i个单元，j为该一级时段内第j次迭代，j-1为该一级时段内的第j-1次迭代，Δ为计算允许误差；

进入下一个一级时段计算时，该时段内的初始剪切模量G和阻尼比λ则由以下公式进行计算：

其中，k₁、k₂为试验参数，γ_c为计算参数；γ_d为动应变，地震最大剪应力沿深度的减小系数；λ_max为上一个一级时段的阻尼比最大值；σ₀为初始有效应力。