[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

说明书

本发明涉及一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，属于边坡稳定性技术领域。本发明依据地震作用下边坡滑面破坏演化规律，采用力学试验获取边坡岩土材料强度参数特征及其动力衰减规律，构建表征材料强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型，基于二分法强度折减法与最大剪应变增量确定边坡静力状态下临界状态滑面位置，进而结合滑面动力渐进破坏理论和矢量和法，在数值计算中求解地震边坡安全系数时程曲线，真实反映边坡地震作用下稳定性状态，提高数值计算结果准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，属于边坡稳定性技术领域。

背景技术

6级以上严重破坏性地震对边坡致损速度快，损伤程度大，极易诱发重特大滑坡灾害，酿成巨大人员伤亡与经济损失。准确分析地震作用下边坡稳定性，是防灾减灾、抗震支护系统设计的理论基础，可有效避免或减少地震引起的滑坡灾害。

采用传统弹塑性模型对地震边坡进行稳定性分析时，难以表征岩土材料强度参数衰减现象，导致计算结果偏不安全，对防止滑坡灾害具有不利影响。然而，地震边坡失稳过程中呈现出明显的动力渐进破坏特征，且稳定性状态往往取决于滑面渐进破坏过程及损伤程度，采用理想弹塑性模型表征该现象具有一定的局限性。因此，亟需构建可以描述地震边坡动力渐进破坏特征的强度参数衰减模型，并建立真实反映地震边坡动力稳定性状态的数值计算方法，提高数值计算结果的准确性和可靠性。

发明内容

本发明针对传统弹塑性模型难以表征地震作用下岩土材料参数动力衰减特征的缺陷，提供一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，本发明依据地震作用下边坡滑面破坏演化规律，采用力学试验获取边坡岩土材料强度参数特征及其动力衰减规律，构建表征材料强度参数衰减应变软化模型与破裂面震动劣化模型，基于二分法强度折减法与最大剪应变增量确定边坡静力状态下临界状态滑面位置，进而结合滑面动力渐进破坏理论和矢量和法，在数值计算中求解地震边坡安全系数时程曲线，真实反映边坡地震作用下稳定性状态，提高数值计算结果准确性和可靠性。

一种考虑滑面动力渐进破坏的地震边坡稳定性分析方法，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，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；

(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)]