[发明专利]一种快速评估地震作用下非饱和边坡永久变形的方法和装置

说明书

本公开关于一种快速评估地震作用下非饱和边坡永久变形的方法。所述方法包括以下步骤：建立边坡滑移面的潜在失稳模型，所述模型表示为：其中，R为滑移体旋转中心O到对数螺线旋转柱面任意点的距离，R₀为滑移体旋转中心O到滑移体在边坡顶部的点A的距离，θ为旋转中心O到对数螺线旋转柱面任意点的距离与水平面的夹角，θ₀为旋转中心O到滑移体在边坡顶部点A的距离与水平面的夹角，为边坡土体的内摩擦角；测量θ的变化值Δθ；计算滑移体滑动时对应的永久位移δ为δ＝RΔθ。根据本公开的方法，能够简便地计算在地震作用下考虑动孔隙水压力影响的边坡永久位移，提高计算效率，并且降低处理器负载。

技术领域

本公开涉及地震评估领域，尤其涉及用于快速评估地震作用下的边坡永久变形的方法 和装置。

背景技术

近年来，地震频繁发生，其导致的道路边坡的破坏失稳现象越来越多，如何降低地震 时道路边坡的破坏程度，进行地震发生时边坡的地震稳定性评估，明确边坡稳定性的定量 评价方法具有重要意义。目前我国道路边坡的地震稳定性评价方法采用基于圆弧滑动法的 拟静力法进行稳定性验算。而对于边坡的稳定性的定量评价方法并没有做出规定。在地震 区道路边坡抗震设计中，地震永久变形的预测十分重要，利用它可直接判断边坡的抗震安 全性，并为道路边坡的坡形设计提供依据。随着我国高速铁路的迅速发展，尤其是地震作 用下路堤边坡的变形是一个重要性的控制指标，变形量过大将会导致列车无法运行，甚至 产生倾覆，带来巨大的生命财产损失。边坡的地震稳定性评价指标主要包括安全系数和永 久位移，汶川地震、定西地震、庐山地震引发了大量的道路边坡的破坏，地震发生后边坡 的永久位移大小及破坏程度的判定以及是否需要采取相应的加固措施等需要进一步的研 究，目前岩土构筑物抗震设防的核心问题已逐步由强度控制标准逐渐转变为变形控制标 准。图4(a)和4(b)示出了本公开的可能应用场景。

基于变形的设计方法是目前最重要的抗震设计理论之一。地震作用下边坡永久位移的 计算方法主要有Newmark滑块位移法和基于有限元的弹塑性反应分析法，而针对Newmark滑块位移法尽管是一种简便计算方法，但是对于土质边坡而言，地下水是对其 稳定性影响的一个主要因素，甚至地下水的存在将导致边坡破坏模式的改变，而以往的研 究中基于Newmark滑块位移法计算的边坡永久位移并没有考虑动孔隙水压力的影响。尽 管基于有限元的弹塑性反应分析法能较全面的考虑地震和地下水作用时边坡的永久位移， 但是其建模较为复杂，运算工程量大应用于边坡的工程实际不现实。然而如何在短时间内 能准确快速的对边坡在地震作用下的稳定性进行定量的评估，确定简便的计算方法显得尤为重要。

发明内容

本公开基于转动平衡法进行边坡在地震作用下的永久位移计算，并将地震作用下动孔 隙水压力的影响代入永久位移计算式中，建立了在地震作用下考虑动孔隙水压力影响的边 坡永久位移简便计算方法，提高计算效率，降低处理器负载。

根据本公开的一个方面，提供一种快速评估地震作用下非饱和边坡永久变形的方法， 其特征在于，包括以下步骤：建立边坡滑移面的潜在失稳模型，所述模型表示为其中，R为滑移体旋转中心O到对数螺线旋转柱面任意点的距离，R₀为滑移体旋转中心O到滑移体在边坡顶部的点A的距离，θ为旋转中心O到对数螺线旋转 柱面任意点的距离与水平面的夹角，θ₀为旋转中心O到滑移体在边坡顶部点A的距离与 水平面的夹角，为边坡土体的内摩擦角；测量θ的变化值Δθ；计算滑移体滑动时对应 的永久位移δ为δ＝RΔθ。

在本公开的实施例中，所述永久位移的计算是在将孔隙水压力作为外力载荷下做出 的。

在本公开的实施例中，滑移面AC′上的抵抗剪力绕O点的转动力矩等于土块ABCC′的重力荷载G对O点的转动力矩、水平地震作用下土块ABCC′重力荷载对O点的转动力 矩和受孔隙水压力作用土块ABCC′重力荷载对O点的转动力矩三者之和， M_C＝M_G+M_E+M_U。