一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法制造技术

本发明专利技术公开了一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，本发明专利技术以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波，并使用拟动力法原理计算有限单元的地震加速度，根据上限法原理建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；使用“内点算法”循环求解昔格达地层岩质边坡稳定性的非线性数学规划模型，获得地震作用下岩质边坡稳定性的安全系数与时间的关系曲线。本发明专利技术方法理论严谨、计算效率、工程应用简便，可将其应用于地震作用下昔格达地层岩质边坡的稳定性计算领域。

【技术实现步骤摘要】
一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法
本专利技术涉及一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，属于边坡稳定性分析的

技术介绍
昔格达组地层是河、湖相沉积地层，主要形成于晚更新世与上第三系之间，广泛分布于我国攀枝花地区。昔格达组地层由粉砂岩、粘土岩互层的半成岩，昔格达地层岩体的抗压、抗拉和抗剪强度均较低，并且遇水容易软化，属于极软岩。四川攀枝花、西昌地区地震频繁，地震烈度达到7度以上，个别地区达到9度。在地震作用下昔格达地层形成的岩质边坡常常发生滑坡灾害，给工程的安全建设和运行带来了挑战。地震作用是导致昔格达地层岩质边坡失稳的一个重要原因。昔格达地层岩质边坡的稳定性演化规律是一项涉及地质工程学、地震工程学、岩土动力学与计算力学等多学科交叉的综合课题。一般认为，地震作用下边坡的失稳主要是由于地震惯性力增大了边坡的下滑力，降低了边坡的整体安全度。，众多学者对地震作用下边坡地震荷载的计算方法、边坡的动力响应规律、失稳机制以及稳定性评价等方面开展了富有成效的研究工作，针对地震作用下边坡稳定性研究形成了拟静力法、拟动力法、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波，并使用拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度，根据上限法原理建立目标函数、地震作用下有限单元的塑性流动约束条件、有限单元公共边的塑性流动约束条件、有限单元边界条件和功能平衡约束条件，进而建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；求解昔格达地层岩质边坡稳定性的非线性数学规划模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：以昔格达地层岩质边坡为研究对象，采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，将地震波假设为简谐波，并使用拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度，根据上限法原理建立目标函数、地震作用下有限单元的塑性流动约束条件、有限单元公共边的塑性流动约束条件、有限单元边界条件和功能平衡约束条件，进而建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；求解昔格达地层岩质边坡稳定性的非线性数学规划模型。


2.根据权利要求1所述的昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：所述方法具体步骤包括：
步骤一、拟定昔格达地层岩质边坡稳定性计算的参数；
步骤二、采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，并计算有限单元的几何特征参数；
步骤三、根据拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度；
步骤四、结合地震加速度，根据上限法原理建立地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型；
步骤五、使用内点算法循环求解地震作用下昔格达地层岩质边坡稳定性的拟动力上限法非线性数学规划模型，获得地震作用下岩质边坡稳定性的安全系数与时间的关系曲线。


3.根据权利要求2所述的昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：所述拟定昔格达地层岩质边坡稳定性计算的参数包括：①确定昔格达地层岩质边坡的几何参数；②确定昔格达地层中粉砂岩地层、粘土岩地层的分布情况；③确定昔格达地层岩体材料的物理力学参数；④确定昔格达地层岩质边坡的地震参数。


4.根据权利要求3所述的昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：所述昔格达地层岩质边坡的几何参数包括：岩质边坡的高度H，岩质边坡的宽度，边坡几何形状控制点的坐标；地层的分布情况包括：粉砂岩和粘土岩地层每一层的厚度，粉砂岩和粘土岩的交界面的倾角；物理力学参数包括：粉砂岩和粘土岩容重，粉砂岩的内摩擦角和凝聚力，粘土岩的内摩擦角和凝聚力；地震参数包括：地震振动周期T、地震放大系数fs、边坡岩体的剪切波波速Vs、边坡岩体的纵波波速Vp、水平方向的地震加速度系数kh、竖直方向的地震加速度系数kv。


5.根据权利要求1或2所述的昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：所述采用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，具体为：
(1)建立昔格达地层岩质边坡的坐标系，以边坡的坡脚为坐标原点，水平轴为坐标系的x轴，x轴以水平向右为正，竖直轴为坐标系的y轴，y轴以竖直向上为正；
(2)使用有限单元离散昔格达地层岩质边坡，任意一个有限单元i有三个结点，第i个有限单元的第k个结点具有水平向速度和竖直向速度其中，i＝(1,…,Ne)，k＝(1,2,3)，Ne是昔格达地层岩质边坡中有限单元的数量；相邻有限单元之间的公共边：每条公共边有四个结点，第g条公共边的第h个结点具有水平向速度和竖直向速度其中，g＝(1,…,Ng)，h＝(1,2,3，4)，Ng是昔格达地层岩质边坡中有限单元公共边的数量；粉砂岩区域的有限单元的容重、内摩擦角和凝聚力按粉砂岩材料的物理力学参数取值，粘土岩区域的有限单元的容重、内摩擦角和凝聚力按粘土岩材料的物理力学参数取值；
(3)计算有限单元的几何特征参数，包括：有限单元的形心至边坡的坡脚处的垂直高度、有限单元的面积：
有限单元的形心至边坡的坡脚处的垂直高度按下式计算：



式中：Hi是第i个有限单元的形心至边坡的坡脚处的垂直高度；是第i个三角形单元第1个结点的y坐标，是第i个三角形单元第2个结点的y坐标，是第i个三角形单元第3个结点的y坐标；
有限单元的面积按下式计算：



式中：Si是第i个有限单元的面积；是第i个三角形单元第1个结点的x坐标，是第i个三角形单元第2个结点的x坐标，是第i个三角形单元第3个结点的x坐标。


6.根据权利要求1或2所述的昔格达地层岩质边坡稳定性计算的拟动力上限法，其特征在于：所述根据拟动力法原理计算昔格达地层岩质边坡有限单元的地震加速度，具体为：
(1)根据拟动力法原理计算有限单元水平方向的地震加速度：



式中：是第j个时步昔格达地层岩质边坡第i个有限单元沿水平方向的地震加速度；i＝(1,...,Ne)，Ne是昔格达地层岩质边坡中有限单元的数量；j＝(1,…,Nt)，Nt是地震振动周期内的时步数量；T为地震振动周期；kh是水平方向的地震加速度系数；Hi是第i个有限单元的形心至边坡的坡脚处的垂直高度；H是昔格达地层岩质边坡的高度；fs为边坡岩体的地震放大系数；π为圆周率；Vs是边坡岩体的剪切波波速；
(2)根据拟动力法原理计算有限单元竖直...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文连，李泽，眭素刚，李江龙，陆得志，许汉华，唐果，宁飞，
申请(专利权)人：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53