[发明专利]一种地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法

权利要求书

1.一种地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法，其特征是：它包括以下步骤：

步骤1、选定具体待预测的滑坡体，确定三维滑面形状及滑坡体几何尺寸；三维滑面分为滑裂面和边坡表面，将滑裂面和边坡表面用方程表示；边坡表面的参数有边坡斜面在水平面上的投影长度l，边坡斜面在竖直方向上的投影长度H；滑裂面的参数依据实际几何形状确定，确定岩土材料的强度参数粘聚力c和内摩擦角φ以及泊松比μ；水平和竖直方向地震加速度分别为a_h(z,t)和a_v(z,t)，水平和竖直方向的地震加速度系数分别为k_h和k_v，重力加速度为g，地震波的角速度为                                                ，其值为，式中T为地震波的周期，横向和纵向地震波在岩土材料中的传播速度分别为v_s和v_p，地震波在岩土材料中的放大系数f；

步骤2、将三维滑坡体离散化，三维滑坡体被垂直离散为行和列条柱，每个条柱按所在的行号和列号定义为；假定行方向的条柱间作用力与水平面夹角为±α，假定列方向的条柱间作用力与水平面夹角为±β；

步骤3、建立地震荷载作用下三维边坡稳定性预测的方程组，由方程组求解得到三维边坡稳定系数Fs的历时数据；

步骤4、根据稳定系数的历时情况，并搜索在地震荷载作用下边坡的最不利情况，判断最不利情况下稳定系数是否大于所设定的边坡稳定性临界值，若大于临界值，则该三维边坡稳定；若小于临界值，则该三维边坡不稳定。

2.根据权利要求1所述的地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法，其特征是：所述步骤3中包括以下步骤：

    步骤1）、确定每个条柱底面法向力和剪切力的方向；

    步骤2）、每个条柱引入沿三个轴向地震荷载的地震力，和；

    步骤3）、根据三个轴向力的平衡方程，解出条柱底面的法向力N^i,j和剪切力S^i,j；

    步骤4）、将法向力N^i,j和剪切力S^i,j代入到滑坡体绕三个坐标轴的力矩平衡方程，得到地震荷载作用下三维边坡稳定性预测的方程组；

    步骤5）、通过求解步骤4）中的方程组，得到地震荷载作用下三维边坡稳定系数的历时数据；

利用二阶傅里叶级数拟合这组数据，得到稳定系数历时的数学表达式Fs(t)，并且找到最小的三维边坡稳定系数Fs_min。

3.根据权利要求2所述的地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法，其特征是：步骤1）中确定每个条柱底面法向力和剪切力方向的式子：

条柱底面上法向力方向的单位矢量为

 

式中，f是滑裂面的函数， 为条柱底面上法向力方向的单位矢量，其中分别是该向量在x，y，z方向上的分量，；

条柱底面上剪切力方向的单位矢量为

式中，为条柱底面剪切力的方向向量，其中分别是该向量在x，y，z方向上的分量， 。

4.根据权利要求3所述的地震荷载作用下三维边坡稳定性预测方法，其特征是：步骤2）中每个条柱引入沿三个轴向地震荷载使用拟动力法模拟地震力，则三个方向的地震力为：

式中，θ为地震传播方向与所建立坐标系的x轴方向的夹角；A^i,j为离散化后第块条柱的横截面积；γ为岩体材料的重度；a_h(z,t)和a_v(z,t)分别为水平和竖直方向上的加速度值，Z^G’和Z^G分别表示条住顶面和地面的标高。