[发明专利]一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法

说明书

本发明公开了一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，本发明以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波，并使用拟动力法原理计算有限单元的地震加速度，根据上限法原理建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；使用“内点算法”循环求解昔格达地层岩质边坡稳定性的非线性数学规划模型，获得地震作用下岩质边坡稳定性的安全系数与时间的关系曲线。本发明方法理论严谨、计算效率、工程应用简便，可将其应用于地震作用下昔格达地层岩质边坡的稳定性计算领域。

技术领域

本发明涉及一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，属于边坡稳定性分析的技术领域。

背景技术

昔格达组地层是河、湖相沉积地层，主要形成于晚更新世与上第三系之间，广泛分布于我国攀枝花地区。昔格达组地层由粉砂岩、粘土岩互层的半成岩，昔格达地层岩体的抗压、抗拉和抗剪强度均较低，并且遇水容易软化，属于极软岩。四川攀枝花、西昌地区地震频繁，地震烈度达到7度以上，个别地区达到9度。在地震作用下昔格达地层形成的岩质边坡常常发生滑坡灾害，给工程的安全建设和运行带来了挑战。

地震作用是导致昔格达地层岩质边坡失稳的一个重要原因。昔格达地层岩质边坡的稳定性演化规律是一项涉及地质工程学、地震工程学、岩土动力学与计算力学等多学科交叉的综合课题。一般认为，地震作用下边坡的失稳主要是由于地震惯性力增大了边坡的下滑力，降低了边坡的整体安全度。，众多学者对地震作用下边坡地震荷载的计算方法、边坡的动力响应规律、失稳机制以及稳定性评价等方面开展了富有成效的研究工作，针对地震作用下边坡稳定性研究形成了拟静力法、拟动力法、动力时程分析法等研究方法。

我国《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)中规定地震作用下的边坡稳定性计算主要以采用拟静力法为主。拟静力法将地震作用简化为作用在岩土体质心处的静止地震惯性力，以此将地震动效应简化为静效应基于极限平衡原理求解边坡的稳定安全系数，由于理论简洁、计算高效，在实际工程中得到了广泛应用。但拟静力法将地震效应简化成静效应，其没有考虑地震波传播的时空效应，并且其没有考虑地震的振幅和频率、岩土材料的动力和阻尼特性，计算结果与地震实际作用相差较大。

发明内容

本发明提供了一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，以用于通过上限法获得昔格达地层岩质边坡稳定性的安全系数分布规律。

本发明的技术方案是：一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波，并使用拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度，根据上限法原理建立目标函数、地震作用下有限单元的塑性流动约束条件、有限单元公共边的塑性流动约束条件、有限单元边界条件和功能平衡约束条件，进而建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；求解昔格达地层岩质边坡稳定性的非线性数学规划模型。

所述方法具体步骤包括：

步骤一、拟定昔格达地层岩质边坡稳定性计算的参数；

步骤二、采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，并计算有限单元的几何特征参数；

步骤三、根据拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度；

步骤四、结合地震加速度，根据上限法原理建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；

步骤五、使用内点算法循环求解地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型，获得地震作用下岩质边坡稳定性的安全系数与时间的关系曲线。

所述拟定昔格达地层岩质边坡稳定性计算的参数包括：①确定昔格达地层岩质边坡的几何参数；②确定昔格达地层中粉砂岩地层、粘土岩地层的分布情况；③确定昔格达地层岩体材料的物理力学参数；④确定昔格达地层岩质边坡的地震参数。