[发明专利]一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力下限法

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下限法，本发明以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用块体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块体单元的地震惯性力，根据下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下限法非线性数学规划模型；使用“序列二次规划算法”循环求解昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力下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。本发明方法具有概念明确、计算效率和计算精度高等特点，可将其应用于地震作用下昔格达地层岩质边坡的稳定性分析，可为岩质边坡的抗震设计提供科学依据。

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下限法，属于边坡稳定性分析的技术领域。

背景技术

在四川云南交界地区广泛分布着昔格达地层。昔格达地层形成与晚更新世与上第三系之间，属于河湖相沉积地层，其最典型的特征是粉砂岩和粘土岩互层交替出现。昔格达地层岩体是半层岩，属于极软岩，其力学特点是：抗压强度低、容易软化、遇水易崩解。

在四川省、云南省交界地区，地震频发、地震烈度较高，在工程建设中，经常碰到昔格达地层岩质边坡在地震作用下发生失稳破坏的情况。在当前对于昔格达地层岩质边坡地震作用下的稳定计算主要采用拟静力法，拟静力法将地震惯性力简化成静力荷载，并假设地震惯性力是随边坡高度变化的函数，求解地震拟静力载荷以后基于强度折减思想使用刚体极限平衡法求解边坡的动力稳定安全系数。但拟静力法存在一些不足，比如其不仅没有考虑地震的振幅、频率以及地震持续时间等，而且还忽略了边坡岩体材料的阻尼特性，因此拟静力法的计算结果的精度并不高；同时，拟静力法不能获得安全系数与地震时间的关系，因此该方法并不能满足工程的实际需求。

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下限法，以用于通过下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下限法，以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用块体单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波正弦波，并使用拟动力法原理计算块体单元的地震惯性力，进行地震作用下块体的受力分析；根据下限法原理建立目标函数、建立地震作用下块体单元的动力平衡方程和结构面的屈服条件，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下限法非线性数学规划模型；求解地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力下限法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、采用块体单元离散昔格达地层岩质边坡；步骤三、进行地震作用下昔格达地层岩质边坡块体单元的受力分析；步骤四、根据拟动力法原理计算受力分析中的昔格达地层岩质边坡块体单元的地震惯性力；步骤五、结合地震惯性力，根据下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下限法非线性数学规划模型；步骤六、求解地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力下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。

所述昔格达地层岩质边坡的几何参数包括：岩质边坡的高度H，岩质边坡的宽度，边坡几何形状控制点的坐标；地层的分布情况包括：粉砂岩和粘土岩地层每一层的厚度，地层的倾角；物理力学参数包括：粉砂岩和粘土岩容重，粉砂岩的内摩擦角和凝聚力，粘土岩的内摩擦角和凝聚力；地震参数包括：地震振动周期T、地震放大系数f_s、边坡岩体的剪切波波速V_s、边坡岩体的纵波波速V_p、水平方向的地震加速度系数k_h、竖直方向的地震加速度系数k_v。