[发明专利]一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法

权利要求书

1.一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)基于场区边坡坡高、坡角及台阶宽度的几何参数，建立边坡数值计算模型，通过力学试验确定边坡岩土材料力学参数，构建强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型；其中边坡岩土材料力学参数包括密度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、剪胀角和抗拉强度；

(2)根据强度参数衰减应变软化模型，采用二分法强度折减法静力计算边坡稳定性，并基于最大剪应变增量确定临界状态滑面位置；

(3)以临界状态滑面为依据，将临界状态滑面离散成若干个滑面单元体，同时考虑强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型，根据滑面单元体状态赋予单元体相应的材料强度参数，基于矢量和法，根据每一动力时刻边坡内应力分布状态求解每一动力时刻安全系数，求得安全系数时程曲线；

所述求得安全系数时程曲线的具体方法为

1)将临界状态滑面离散成若干个滑面单元体，同时考虑强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型，根据滑面单元体状态赋予单元体相应的材料强度参数；

2)以滑面单元上节点位移下滑方向作为单元切应力方向，计算临界滑面上各滑面单元的应力矢量σ_s、切向应力σ_t及法向应力σ_n，σ_t和σ_n分别为σ_s的单元切向与法向分量，其中单元应力矢量σ_s为：

σ_s＝σ·n

式中：σ为单元的应力张量；n为单元切应力方向的法线方向单位矢量；

3)计算边坡整体下滑趋势方向d，其中d为临界滑面上各单元切应力σ_t矢量和方向，其表达式为：

式中：ds为滑面上各个单元；

4)计算滑面各单元的切向抗滑力矢σ_t'、法向抗滑力矢σ'_n及抗滑力矢σ_s'：

σ′_n＝-σ_n

σ′_s＝σ′_t+σ′_n

式中：c、分别为单元对应的黏聚力和内摩擦角；d_t为单元抗滑切应力方向单位矢量；σ_n为单元法向应力大小，以压为负；当σ_n0时，取σ_n＝0；

5)定义矢量和法安全系数F_s为潜在滑面上各单元总抗滑力矢在边坡整体潜在滑动趋势方向上投影的代数和∫_s[σ'_s·(-d)]ds与总下滑力矢在该方向上投影的代数和∫_s(σ_s·d)ds之比，即求得动力安全系数时程曲线，表达式为：

所述同时考虑强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型，根据滑面单元体状态赋予单元体相应的材料强度参数的方法为

当地震边坡内滑面单元体在弹性阶段服从理想弹塑性模型，其强度参数保持不变；当地震边坡内滑面单元体发生塑性变形后，强度参数按照应变软化模型进行衰减；地震边坡内滑面单元体达到极限塑性应变即破坏阶段后，依据地震荷载作用下的震动劣化模型对破坏阶段单元强度参数进行衰减；

(4)根据安全系数时程曲线，利用平均安全系数评价地震边坡整体稳定性状态；所述地震边坡整体稳定性状态采用平均安全系数评价，平均安全系数为步骤(3)中动力安全系数时程曲线离散化后取平均值，表达式为：

式中：n为曲线离散总个数；F_si为离散后第i个安全系数；

所述地震边坡整体稳定性状态的评价方法为

若平均安全系数大于1，判断此地震边坡整体处于相对稳定状态；若平均安全系数等于1，判断此地震边坡整体处于临界状态；若平均安全系数小于1，判断此地震边坡整体处于失稳状态；

所述步骤(1)强度参数衰减应变软化模型的构建方法为

采用线性分段函数近似表征岩土材料强度参数衰减规律，建立以累积塑性剪切应变ε_s和拉应变ε_t为自变量，黏聚力c、内摩擦角剪胀角ψ及抗拉强度σ_t为因变量的应变软化模型关系式；

所述步骤(1)破裂面震动劣化模型为以随动力时间变化的震动劣化系数D(t)定量描述地震作用下边坡破裂面抗剪强度参数劣化特征，建立与动力循环剪切幅值J(t)、次数K(t)及相对运动速度V(t)的震动劣化系数表达式：

D(t)＝[P₀+(1-P₀)e^-mV(t)][R₀+(1-R₀)e^bJ(t)+(1-R₀)(1-e^bJ(t))e^-aK(t)]

式中：P₀为相对运动速度影响系数衰减收敛值；R₀为循环剪切幅值影响系数衰减收敛值；a、b、m均为待定系数；P₀、R₀、a、b、m通过结构面振动台循环磨损试验得到；

在任一动力时刻，破裂面抗剪强度参数c(t)、由破裂面震动劣化模型表示：

式中：c_f、分别为应变软化模型中残余黏聚力和内摩擦角。

2.根据权利要求1所述考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于：步骤(2)采用二分法强度折减法静力计算边坡稳定性的方法为

1)预设安全系数K_s的最大值K_max和最小值K_min；

2)令K_s＝(K_max+K_min)/2，判断考虑强度参数应变软化模型的边坡数值模型是否收敛，若收敛，则K_min＝K_s，K_max＝K_max；若不收敛，则K_max＝K_s，

K_min＝K_min；

3)判断K_max—K_min的值是否小于预设限值差，若不小于预设限值差，则返回第一步重新预设安全系数K_s的最大值K_max和最小值K_min；若小于预设限值差，则以安全系数K_s为折减系数对强度参数应变软化模型进行计算并判断是否收敛，若收敛，则增大K_s值再以安全系数K_s为折减系数对强度参数应变软化模型进行计算并判断是否收敛；若不收敛，则得到最大剪应变增量，根据最大剪应变增量位置确定临界状态滑面位置。