[发明专利]一种基于能量耗散原理的挡土墙地震土压力时程计算方法

权利要求书

1.一种基于能量耗散原理的挡土墙地震土压力时程计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据挡土墙后土体曲线滑裂面建立计算模型；

所述步骤S1中计算模型中摆线的切线斜率tanω的表达式如下：

其中，表示y对x的求导，x和y均表示曲线滑裂面的方程，θ表示生成摆线的圆的半径所经过的弧度，R表示土体作用在滑裂面上的反力；

S2、利用所述计算模型计算得到滑动土楔体的地震惯性力、重力以及挡土墙对滑动土楔体的支挡力P_a；

S3、根据所述地震惯性力、重力以及挡土墙对滑动土楔体的支挡力P_a，基于能量耗散原理计算得到滑动土楔体的外力所做功率，并基于能量耗散原理利用土体的黏聚力和内摩擦角计算得到滑动土楔体的内能耗散；

所述步骤S3中基于能量耗散原理计算得到滑动土楔体的外力所做功率Q′的表达式如下：

Q′＝Q_W+Q_VP+Q_hP+Q_F

其中，Q_w表示重力所做的功率，Q_F表示水平地震惯性力所做的功率，Q_VP表示挡土墙对滑动土楔体在竖直方向上所做的功率，Q_hP表示挡土墙对滑动土楔体在水平方向上所做的功率，H表示挡土墙的高度，m_sg表示微分单元所受的重力，ν表示微分单元体在曲线滑动面上P点的应变速率，θ′表示任取的微分单元体在滑裂面上对应的旋转角，dz表示滑裂面上任意一点处微元体的厚度，W表示滑动土楔体所受的重力，q_sh表示微分单元体所受的水平地震惯性力，F_sh表示滑动土楔体的地震惯性力，p_a表示挡土墙对微分单元体的支挡力，δ表示竖直挡土墙背法线角，W表示滑动土楔体所受的重力；

所述步骤S3中基于能量耗散原理计算得到滑动土楔体的内能耗散Q″的表达式如下：

其中，Q_c表示土体的摩擦力引起的内能耗散，Q_f表示土体的黏聚力引起的内能耗散，表示综合内摩擦角，ν表示微分单元体在曲线滑动面上P点的应变速率，H表示高度，θ′表示任取的微分单元体在滑裂面上对应的旋转角，dz表示滑裂面上任意一点处微元体的厚度，p_a表示挡土墙对微分单元体的支挡力，δ表示竖直挡土墙背法线角，F_sh表示滑动土楔体的地震惯性力，c表示土体的黏聚力，R表示土体作用在滑裂面上的反力，θ_a表示摆线通过墙趾的旋转角度，d_s表示微分单元体的弧长，m_s表示微分单元体的质量，dθ表示对θ求积分导，g表示重力加速度，p_a表示挡土墙对微分单元体的支挡力，q_sh表示微分单元体所受的水平地震惯性力，W_s表示微分单元体的重力，W表示滑动土楔体所受的重力；

S4、根据所述滑动土楔体的外力所作功率和内能耗散建立平衡方程；

S5、根据所述平衡方程计算得到地震土压力时程；

S6、根据所述地震土压力时程绘制时程曲线，完成对重力式挡土墙地震土压力的计算。

2.根据权利要求1所述的基于能量耗散原理的挡土墙地震土压力时程计算方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：

S201、利用所述计算模型设定曲线滑裂面；

S202、基于曲线滑裂面计算得到滑动土楔体的地震惯性力、重力以及挡土墙对滑动土楔体的支挡力P_a。