[發明專利]一種地震力作用下節理巖質邊坡傾倒破壞極限承載力分析下限法

有效

• 申請號: 201710381896.6
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107341285B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 李澤;劉誠;李克鋼;杜時貴;周宇;張小艷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E02D17/20;E02D1/02;G06F119/14
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本發明提供了一種地震作用下節理巖質邊坡傾倒破壞的極限承載能力分析方法，屬于巖質邊坡穩定性分析技術領域。本發明以節理巖質邊坡為研究對象，根據擬靜力法原理計算巖塊形心的水平向或豎直向地震慣性力，即地震慣性力是邊坡高度、巖塊形心高度和地震參數的函數，以巖塊結構面的法向力、剪力和內力彎矩為未知量建立巖塊的力和力矩平衡方程，同時建立巖塊傾倒破壞、結構面剪切滑移、拉伸脫離的屈服條件，結合外荷載的超載系數，構建節理巖質邊坡在地震作用下發生傾倒破壞的極限承載能力的下限法線性數學規劃模型，最后采用單純形法求解邊坡傾倒破壞的極限狀態，可獲得傾倒破壞模式對應的極限荷載或強度儲備系數。

技術領域

本發明是一種節理巖質邊坡傾倒破壞的極限承載力分析的下限方法，特別涉及一種地震力作用下的巖體傾倒分析法。屬于巖質邊坡穩定性分析技術領域。

背景技術

我國山地面積占全國國土面積的60％以上，客觀上存在著大量的巖質邊坡。同時，我國是一個地震多發國家，據大量的地震資料調查表明，在我國中西部地區由于地震誘發的巖質邊坡失穩是地震災害的主要類型，其中就邊坡的失穩破壞類型而言，節理巖質邊坡傾倒破壞的數量高居第二位，僅次于剪切滑動破壞。節理巖質邊坡傾倒破壞承載力分析已成為巖土工程領域的研究熱點之一。

當地震發生時，地震荷載是隨著時間變化的動荷載，巖質邊坡體結構也會隨著地震出現相應的動力響應。目前地震作用下巖質邊坡穩定性的分析方法一般有擬靜力法、Newmark滑塊分析法和地震數值分析方法等。這些方法的主要區別主要在于：地震力以什么方式作用于邊坡。擬靜力法是將地震作用簡化為水平、垂直方向的不變加速度作用，此加速度產生作用在巖土體重心的慣性力。擬靜力法由于理論簡單、計算便捷，基于擬靜力法的剛體極限平衡法被我國各行業的規范所采用。Newmark滑塊分析法以屈服加速度概念為基礎，認為邊坡穩定與否取決于地震時引起的變形，通過對超過屈服加速度的那部分加速度進行時間積分可估算出邊坡的滑動位移。目前地震數值分析方法主要有有限元法、有限差分法、離散單元法、流形元法等等，這些數值方法主要基于連續或非連續的力學模型，根據地震動荷載并結合巖體材料動參數、本構關系等求解邊坡的運動方程，其可真實模擬邊坡在地震過程中的動力特征和破壞機理。由于節理巖質邊坡的復雜性和地震的隨機性，目前關于節理巖質邊坡穩定性分析的研究仍然有一些不足，具體表現在：

(1)節理巖質邊坡在地震過程中有可能發生剪切滑移破壞或傾倒破壞，大部分計算分析方法只能模擬邊坡的剪切滑移破壞，不能模擬傾倒破壞；

(2)巖體材料的動力本構模型還不太成熟，限制了很多數值計算方法在地震分析中的應用；

(3)地震是一個動態過程，巖體破壞是發生剪切滑移破壞還是傾倒破壞，其判別準則有待進一步研究；

(4)巖體傾倒破壞時，采用常規的分析方法其臨界的極限狀態很難捕捉。

本發明基于國家自然科學基金項目(資助編號：51564026)的研究工作，將擬靜力法、塑性極限分析下限法和數學規劃結合起來，提出了一種地震作用下節理巖質邊坡傾倒破壞極限承載能力分析的下限法

發明內容

本發明的目的是提供一種地震作用下節理巖質邊坡傾倒破壞的極限承載能力分析方法，為節理巖質邊坡傾倒破壞分析提供一種新方法。

本發明的基本原理是：以節理巖質邊坡為研究對象，根據擬靜力法原理計算巖塊形心的水平向或豎直向地震慣性力，即地震慣性力是邊坡高度、巖塊形心高度和地震參數的函數，以巖塊結構面的法向力、剪力和內力彎矩為未知量建立巖塊的力和力矩平衡方程，同時建立巖塊傾倒破壞、結構面剪切滑移、拉伸脫離的屈服條件，結合外荷載的超載系數，構建節理巖質邊坡在地震作用下發生傾倒破壞的極限承載能力的下限法線性數學規劃模型，最后采用單純形法求解邊坡傾倒破壞的極限狀態，可獲得傾倒破壞模式對應的極限荷載或強度儲備系數。

本發明的技術路線如圖1所示。