[发明专利]一种地震作用下均质纯粘土边坡动力安全系数拟静力法

说明书

本发明提供了一种地震作用下均质纯粘土边坡动力安全系数拟静力法，其特点是，首先推导内摩擦角为零的纯粘土正应力和剪应力表达式，代入到含有地震作用系数的应力平衡微分方程组；然后应用三角函数变换，并根据特征线法推导地震作用的滑移线场两族特征线微分方程组，采用有限差分法求解以上微分方程组，得到地震作用下的滑移线场和动力极限状态下的边坡坡面曲线(简称动力极限坡面曲线)，同时给出地震作用下的主动、过渡、被动区边界条件；最后采用强度折减法的概念计算动力安全系数，即对粘聚力进行折减，以动力极限坡面曲线与纵坐标轴交点的纵坐标值正负判断地震作用下均质纯粘土边坡动力稳定性，当交点纵坐标值为零时，判断边坡为动力极限状态，此时折减系数为纯粘土边坡动力安全系数。

技术领域

本发明属于边坡稳定性评价领域，具体涉及一种地震作用下均质纯粘土边坡动力安全系数拟静力法。

背景技术

当构成边坡的粘性土介质内摩擦角约等于零时，粘土强度主要是粘聚力，称为纯粘土。目前地震作用下纯粘土边坡动力稳定性分析方法主要有两种：一种是极限平衡条分拟静力法，该方法的不足是在地震作用影响下，土条划分方向存在不同假设，不同的条分方向和土条间力的假设会影响计算结果，同时还需要采用试算或者最优化方法得到临界滑裂面，不同临界滑裂面会使计算结果产生差异或者仅得到局部最优解；另一种方法是强度折减概念结合动力数值分析方法(如动力有限元法)，该方法不需要假设或者搜素临界滑裂面而直接得到动力安全系数，但是动力失稳判据，即如何判断地震作用下边坡处于极限状态是一个关键问题，目前动力失稳判据的主要有方法有：(1)计算不收敛判据，动力数值分析模型的复杂性会影响计算收敛性，使动力极限状态的确定存在误差；(2)位移突变判据，有时候动力特征点位移曲线的拐点不明显，需要人为主观判断，并且选取特征点位置也会存在人为主观因素；(3)塑性区贯通判据，一般认为只是边坡动力失稳破坏的必要非充分条件。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种科学合理，工程实用价值高，效果佳的地震作用下均质纯粘土边坡动力安全系数拟静力法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

1.一种地震作用下均质纯粘土边坡动力安全系数拟静力法，其特征是，它包括以下内容：

1)地震作用下滑移线场理论

根据摩尔库伦准则，正应力和剪应力表达式为：

式中σ_x和σ_y分别表示x和y方向正应力，τ_xy和τ_yx分别表示x和y方向剪应力，σ为特征应力，c为粘聚力，为内摩擦角，θ为最大主应力σ₁与x轴交角。由于纯粘土中c＞0，引入特征应力σ的公式：

其中

将(2)代入(1)中，然后令可得：

τ_xy＝τ_yx＝c·sin 2θ (3b)

地震作用下，应力平衡方程组为：

式中f_x＝γ·k_H，f_y＝γ·(1-k_V)，γ表示容重，k_H和k_V分别表示水平和竖直地震系数，其中k_V＝ξ·k_H，ξ为比例系数。

将(3)式代入(4)式中，可得：