CN115563779A - 基于强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于边坡稳定性分析技术领域，公开了一种基于强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，基于岩桥与节理面强度参数的弱化特征，求解节理面的强度参数；求解各滑块的尺寸及面积；两滑块的绝对速度与相对速度组成速度场，求解各滑块的绝对速度与相对速度；分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，求解边坡的内部能耗和外力做功；对节理面和岩桥的强度参数进行折减，将折减系数FS作为目标函数进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置；比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，最终确定目标边坡的破坏模式及相对应的安全系数和潜在滑裂面。本发明能够使地震稳定性分析结果更加真实可信。

Description

基于强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法

技术领域

本发明属于边坡稳定性分析技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法。

背景技术

自然界中岩质边坡在地质营力作用下，其内部不可避免地存在大量发育的节理面，它的存在和发育降低了岩体的强度，改变了岩体的特性，且节理面间岩桥的破坏模式也影响着边坡的稳定性和破坏模式，因而对节理岩质边坡稳定性影响显著。同时，我国西南山区高陡边坡林立、地震频发，地震滑坡规模大、破坏性严重，且近断层地震动作用下节理岩质边坡更容易失稳破坏，将对人民的生命财产安全产生重大影响。现有的研究主要采用数值分析的方法，建模过程比较复杂繁琐，需要专门进行学习和研究，耗费人力物力。而现有的理论分析方法，主要是采用极限平衡等方法，在考虑岩桥与节理面强度参数的弱化特征时，一般仅考虑了岩桥和节理面抗剪强度的差异性，却未考虑参数之间的相关性，且未考虑弱化程度不一致的情况，因而其研究具有一定的局限性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的数值研究在前处理上较为复杂，需要专人进行研究学习，耗费人力物力，不能快速得到结果。而现有的理论研究在考虑岩桥与节理面强度参数的弱化特征时，仅考虑了岩桥和节理面抗剪强度的差异性，却未考虑参数之间的相关性，且也未考虑弱化程度不一致的情况，与实际情况相比存在一定的局限性，其计算结果准确性受到削弱。现如今需要一种简单快速获得非贯通节理岩质边坡稳定性分析的方法，同时尽可能考虑边坡的实际情况，如考虑外部地震作用、内部节理和岩桥强度参数的差异性和相关性及不同弱化程度等情况，从而获得快速准确的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法。

本发明是这样实现的，一种基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法包括：

本发明提供了一种获得基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析的方法，主要是基于极限分析上限法，通过编写程序获得结果，计算时同时考虑了边坡中节理与岩桥的弱化特征关系和地震对边坡的不利影响，使结果更加符合实际情况，为边坡的防护和加固提供准确的依据和技术支持。

进一步，所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法具体包括：

步骤一，从地质勘测报告等途径获取边坡的参数，基于岩桥与节理面强度参数的弱化特征，根据已知的岩桥强度参数和节理面的破碎程度，基于地质勘查规范和弱化系数取值求解节理面的强度参数，为后期的计算提供基本输入参数。同时统计各种岩石弱化系数

和K_c取值情况，为节理岩质边坡稳定性评价提供可靠参数；

步骤二，根据步骤一获取的参数，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，建立地震边坡多滑块阶梯状破坏模式计算模型，为后期的计算提供计算模型；

步骤三，根据步骤二建立的计算模型，求解模型中划分的各滑块的尺寸及面积；滑块之间存在相对速度，相对速度间断面上将产生能量耗散，两滑块的绝对速度与相对速度组成一个速度场，根据速度场求解各滑块的绝对速度与相对速度，为后期计算求解提供参数取值；

步骤四，基于步骤一、二和三的前期准备工作，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，求解边坡的内部能耗和外力做功，外力做功即重力做功、地震力做功和外部超载做功，根据虚功原理，内外功率相等，由此可以得到计算所需要的等式；

步骤五，基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数F_S作为目标函数利用编程进行优化求解，由此得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置；

步骤六，比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的破坏模式即为目标边坡的破坏模式并得到对应的安全系数和最不利潜在滑裂面位置，实现边坡的稳定性评价。

进一步，所述步骤一中，边坡的参数包括：坡高H、坡度β、容重γ、粘聚力c_r、内摩擦角

节理倾角β_i、优势裂隙到坡顶点的水平距离L；节理面强度参数包括：粘聚力c_j、内摩擦角

进一步，所述步骤一具体过程为：

基于能量观点，节理面的发育为坡体内部储存能量释放的结果，节理面的抗剪强度低于完整岩石的抗剪强度，节理岩体的抗剪强度整体表现为节理面对岩石抗剪强度的弱化；以岩桥抗剪强度参数

和c_r为基准，通过引入不同的弱化系数

和K_c求得节理面的抗剪强度参数

和c_j如下：

上式中：

K_c分别为完整岩石发育为节理面内摩擦角对应摩擦系数弱化系数及粘聚力弱化系数，取值根据岩体完整性及裂隙发育程度确定，取值范围为0～1。

进一步，所述步骤三具体过程为：

根据计算模型，求解各滑块尺寸；

根据正弦定理，求得三角形滑块相应尺寸之间的关系如下：

上式中：α_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在O点的夹角，δ_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在B点的夹角，L为后缘拉裂缝到坡顶点的水平距离；

根据各滑块尺寸求解各滑块面积：

两滑块间绝对速度与相对速度组成速度场，根据正弦定理求得各滑块绝对速度与相对速度大小关系如下：

上式中：v_i为滑块的绝对速度，与节理面夹角为

与岩桥夹角为

v_r(i)为OB_i+1线上相对速度，与滑块间作用面的夹角均为

进一步，所述步骤四具体过程为：

计算求解边坡的重力做功、地震做功、坡项超载做功及内部能耗做功：

重力功率做功的计算公式为：

W_γ＝γ[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：γ为岩土体容重，ψ_i为绝对速度与竖直方向的夹角；

地震功率做功的计算公式为：

水平地震力功率：

P_h＝k_h·γ·[(S₁+S₂)·v₁·sinψ₁+S₃·v₂·sinψ₂+S₄·v₃·sinψ₃]；

上式中：k_h为水平方向地震加速度系数；

竖向地震力功率：

P_h＝k_v·γ·[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：k_v为竖直方向地震加速度系数；

地面超载功率的计算公式为：

P_s＝σ_s·L·v₁·cosψ₁；

上式中：σ_s为地面超载；

速度间断面内部能耗的计算公式为：

根据虚功原理，内外功率相等：

P_γ+P_h+P_v+P_S＝P_c。

进一步，所述步骤五具体过程为：

基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS看作目标函数，采用序列二次规划算法SQP编程对目标函数进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置。

进一步，所述步骤六具体过程为：

比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的为最终的边坡破坏模式，该破坏模式对应的安全系数和最不利潜在滑动面为边坡的安全系数和最不利潜在滑动面。

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明具体为基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，考虑了两者强度参数不同的弱化特征，使地震稳定性分析结果更加真实可信。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明通过建立多滑块阶梯状破坏模式能耗分析模型，利用极限分析上限法，编写相应程序，运用此程序，可在地质勘测获得边坡基本参数后，在考虑了岩桥与节理的弱化特性的基础上，获得边坡内节理的强度参数，同时考虑了地震对边坡的作用，可研究在不同地震动作用下节理边坡的稳定性，并且本发明的边坡数据获取皆取于真实数据，再根据地质勘测规范和大量数据总结得到节理强度参数，保障了所用数据的精确度，研究人员能够更快更准确的进行地震作用下边坡的稳定性分析，为后期的防护加固提供依据和技术支持。

本发明的特征和优点将在随后的说明书阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

本发明主要着重应用于实际工程建设期和运营期间沿线非贯通节理岩质边坡的稳定状态评价。根据上述介绍的边坡基础数据，基于构建的非贯通节理岩质边坡阶梯状破坏能耗分析模型，可形成边坡稳定性评价界面分析程序，实现快速计算各边坡的稳定性(安全系数)及预测可能出现的破坏模式和失稳区域等功能。便于一线施工人员方便掌握及快速获得目标边坡的安全系数。另外，本发明可有效考虑近场地震的影响，尤其在中国西南等地震频发的地区，本发明还可考虑近场地震的作用，为边坡的防护加固提供快速准确的数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供的基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析过程示意图；

图3是本发明实施例提供的计算模型示意图；

图4是本发明实施例提供的绝对速度与相对速度矢量图；

图中：图a、滑块OB₁B₂与滑块OB₂B₃组成的速度场；图b、滑块OB₂B₃与滑块OB₃B₄组成的速度场；

图5是本发明实施例提供的使用极限平衡方法时基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析的计算模型示意图；

图6是本发明实施例提供的与极限平衡方法的对比验证结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法包括：

S101：从地质勘测报告等途径获取边坡的参数，基于岩桥与节理面强度参数的弱化特征，根据已知的岩桥强度参数和节理面的破碎程度，基于地质勘查规范和弱化系数取值求解节理面的强度参数，为后期的计算提供基本输入参数。同时统计各种岩石弱化系数

和K_c取值情况，为节理岩质边坡稳定性评价提供可靠参数；

S102：根据S101获取的参数，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，建立地震边坡多滑块阶梯状破坏模式计算能耗分析模型，为后期的计算提供计算模型；

S103：根据S102建立的计算模型，求解模型中划分的各滑块的尺寸及面积；滑块之间存在相对速度，相对速度间断面上将产生能量耗散，两滑块的绝对速度与相对速度组成一个速度场，根据速度场求解各滑块的绝对速度与相对速度，为后期计算求解提供参数取值；

S104：基于S101、S102和S103的前期准备工作，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，求解边坡的内部能耗和外力做功，外力做功即重力做功、地震力做功和外部超载做功，根据虚功原理，内外功率相等，由此可以得到计算所需要的等式；

S105：基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS作为目标函数采用编程进行优化求解，由此得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置；

S106：比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的破坏模式即为目标边坡的破坏模式并得到对应的安全系数和最不利潜在滑裂面位置，实现边坡的稳定性评价。

本发明实施例提供的S101中，边坡的参数包括：坡高H、坡度β、容重γ、粘聚力c_r、内摩擦角

节理倾角β_i、优势裂隙到坡顶点的水平距离L；节理面强度参数包括：粘聚力c_j、内摩擦角

本发明实施例提供的S101具体过程为：

基于能量观点可知，节理面的发育为坡体内部储存能量释放的结果，故节理面的抗剪强度总是低于完整岩石(岩桥)的抗剪强度，即节理岩体的抗剪强度整体表现为节理面对岩石抗剪强度的弱化。以岩桥抗剪强度参数

和c_r为基准，通过引入不同的弱化系数

和K_c求得节理面的抗剪强度参数

和c_j如下：

上式中：

K_c分别为完整岩石发育为节理面内摩擦角对应摩擦系数弱化系数及粘聚力弱化系数，其取值一般根据岩体完整性及裂隙发育程度确定，取值范围为0～1。

本发明实施例提供的S103具体过程为：

计算模型，如图3所示，根据计算模型，求解各滑块尺寸；

根据正弦定理，求得三角形滑块相应尺寸之间的关系如下：

上式中：α_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在O点的夹角，δ_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在B点的夹角，L为后缘拉裂缝到坡顶点的水平距离。

根据各滑块尺寸求解各滑块面积：

两滑块间绝对速度与相对速度组成速度场，如图4所示，根据正弦定理求得各滑块绝对速度与相对速度大小关系如下：

上式中：v_i为滑块的绝对速度，与节理面夹角为

与岩桥夹角为

v_r(i)为OB_i+1线上相对速度，与滑块间作用面的夹角均为

本发明实施例提供的S104具体过程为：

计算求解边坡的重力做功、地震做功、坡顶超载做功及内部能耗做功：

重力功率做功的计算公式为：

W_γ＝γ[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：γ为岩土体容重，ψ_i为绝对速度与竖直方向的夹角。

地震功率做功的计算公式为：

水平地震力功率：

P_h＝k_h·γ·[(S₁+S₂)·v₁·sinψ₁+S₃·v₂·sinψ₂+S₄·v₃·sinψ₃]；

上式中：k_h为水平方向地震加速度系数。

竖向地震力功率：

P_h＝k_v·γ·[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·n₃·cosψ₃]；

上式中：k_v为竖直方向地震加速度系数。

地面超载功率的计算公式为：

P_s＝σ_s·L·v₁·cosψ₁；

上式中：σ_s为地面超载。

速度间断面内部能耗的计算公式为：

根据虚功原理，内外功率相等：

P_γ+P_h+P_v+Ps＝P_c。

本发明实施例提供的S105具体过程为：

基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS看作目标函数，采用序列二次规划算法SQP编程对目标函数进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置。

本发明实施例提供的S106具体过程为：

比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的对应的为最终的边坡破坏模式，该破坏模式对应的安全系数和最不利潜在滑动面为边坡的安全系数和最不利潜在滑动面。

二、应用实施例。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的介绍中表示类似项，因此，一旦某一项被定义，则在随后不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1所示，本实例提供了一种计算基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其所述方法包括步骤S101、步骤S102、步骤S103、步骤S104、步骤S105和步骤S106。

步骤S101：从地质勘测报告等途径获取边坡的参数，基于岩桥与节理面强度参数的弱化特征，根据已知的岩桥强度参数和节理面的破碎程度，基于地质勘查规范和弱化系数取值求解节理面的强度参数，为后期的计算提供基本输入参数。同时统计各种岩石弱化系数Kφ和Kc取值情况，为节理岩质边坡稳定性评价提供可靠参数；

步骤S102：根据S101获取的参数，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，建立地震边坡多滑块阶梯状破坏模式计算能耗分析模型，为后期的计算提供计算模型；

步骤S103：根据S102建立的计算模型，求解模型中划分的各滑块的尺寸及面积；滑块之间存在相对速度，相对速度间断面上将产生能量耗散，两滑块的绝对速度与相对速度组成一个速度场，根据速度场求解各滑块的绝对速度与相对速度，为后期计算求解提供参数取值；

步骤S104：基于S101、S102和S103的前期准备工作，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，求解边坡的内部能耗和外力做功，外力做功即重力做功、地震力做功和外部超载做功，根据虚功原理，内外功率相等，由此可以得到计算所需要的等式；

步骤S105：基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS作为目标函数利用编程进行优化求解，由此得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置；

步骤S106：比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的破坏模式即为该边坡的破坏模式及并到对应的安全系数和最不利潜在滑裂面位置，达成边坡的稳定性评价。

本发明实施例提供的S101中，边坡的参数包括：坡高H、坡度β、容重γ、粘聚力c_r、内摩擦角

节理倾角β_i、优势裂隙到坡顶点的水平距离L；节理面强度参数包括：粘聚力c_j、内摩擦角

本发明实施例提供的S101具体过程为：

基于能量观点可知，节理面的发育为坡体内部储存能量释放的结果，故节理面的抗剪强度总是低于完整岩石(岩桥)的抗剪强度，即节理岩体的抗剪强度整体表现为节理面对岩石抗剪强度的弱化。以岩桥抗剪强度参数

和c_r为基准，通过引入不同的弱化系数K_φ和K_c求得节理面的抗剪强度参数

和c_j如下：

上式中：

K_c分别为完整岩石发育为节理面内摩擦角对应摩擦系数弱化系数及粘聚力弱化系数，其取值一般根据岩体完整性及裂隙发育程度确定，取值范围为0～1。

本发明实施例提供的S103具体过程为：

计算模型，如图3所示，根据计算模型，求解各滑块尺寸；

根据正弦定理，求得三角形滑块相应尺寸之间的关系如下：

上式中：α_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在O点的夹角，δ_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在B点的夹角，L为后缘拉裂缝到坡顶点的水平距离。

根据各滑块尺寸求解各滑块面积：

两滑块间绝对速度与相对速度组成速度场，如图4所示，根据正弦定理求得各滑块绝对速度与相对速度大小关系如下：

上式中：v_i为滑块的绝对速度，与节理面夹角为

与岩桥夹角为

v_r(i)为OB_i+1线上相对速度，与滑块间作用面的夹角均为

本发明实施例提供的S104具体过程为：

计算求解边坡的重力做功、地震做功、坡项超载做功及内部能耗做功：

重力功率做功的计算公式为：

W_γ＝γ[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：γ为岩土体容重，ψ_i为绝对速度与竖直方向的夹角。

地震功率做功的计算公式为：

水平地震力功率：

P_h＝k_h·γ·[(S₁+S₂)·v₁·sinψ₁+S₃·v₂·sinψ₂+S₄·v₃·sinψ₃]；

上式中：k_h为水平方向地震加速度系数。

竖向地震力功率：

P_h＝k_v·γ·[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：k_v为竖直方向地震加速度系数。

地面超载功率的计算公式为：

P_s＝σ_s·L·v₁·cosψ₁；

上式中：σ_s为地面超载。

速度间断面内部能耗的计算公式为：

根据虚功原理，内外功率相等：

P_γ+P_h+P_v+P_s＝P_c。

本发明实施例提供的S105具体过程为：

基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS看作目标函数，采用序列二次规划算法SQP编程对目标函数进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置。

本发明实施例提供的S106具体过程为：

比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的为最终的边坡破坏模式，该破坏模式对应的安全系数和最不利潜在滑动面为边坡的安全系数和最不利潜在滑动面。

实施例2

在考虑节理与岩桥的弱化特征的同时，假定岩桥服从M-C破坏准则，节理面服从B-B准则，建立假定基于极限平衡的方法节理边坡破坏模型,模型如图5所示，基于上述可以计算地震作用下节理边坡的稳定性，得到安全系数FS。将本发明得到的结果与极限平衡方法得到的结果进行对比验证，其中参数取值为：

c_r＝50kPa，

K_c＝1.0，H＝80m，L＝10m，α＝10°，β＝60°，γ＝25kN/m³，σ_s＝0kPa。另外，基于极限平衡法考虑岩桥的张拉破坏时取岩石张拉强度系数u＝1.0，对比验证结果如图6所示。

由图6可以看出，本发明的计算结果与极限平衡计算所得结果较为接近，但是在极限平衡法中单纯考虑抗拉强度对抗滑力的贡献，因未考虑抗压强度的贡献，而本方法考虑到了抗压强度提供的能量耗散，故本发明结果更加接近实际情况。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本实施例在使用过程中，考虑到了实际边坡中节理与岩桥的强度弱化特征，同时也基于我国高烈度山区地震频发的特性，考虑了地震对边坡稳定性的影响。本发明在获得边坡基础参数后，即可进行参数的简单输入，而后获得评价边坡稳定性的指标：安全系数FS，相比于现存在的试验方法，不用花费过多的人力与物力，就可以获得边坡的前期稳定性评价。相比于现存的数值模拟方法，本发明计算方法简单，仅需要输入边坡的基本参数，不需要花费大量时间对软件进行学习研究或者聘请专业人士进行运行计算，得到计算结果的时间大大减少，对于一个边坡而言，得到计算结果的时间仅需几秒钟。综上所述，本实施例在使用过程中，前期不需要专业人士操作，不需要花费大量人力物力，仅需要获得边坡的基础数据，后期能在短时间内得到边坡稳定性的评价结果，其结果准确且接近实际情况，适用性极强。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法包括：基于极限分析上限法，通过编写程序获得结果，计算时同时考虑了边坡中节理与岩桥的弱化特征关系和地震对边坡的作用，使结果更加符合实际情况，为边坡的防护和加固提供一个快速准确的依据和技术支持。

2.如权利要求1所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法具体包括：

步骤一，从地质勘测报告等途径获取边坡的参数，基于岩桥与节理面强度参数的弱化特征，根据已知的岩桥强度参数和节理面的破碎程度，基于地质勘查规范和弱化系数取值求解节理面的强度参数，为后期的计算提供基本输入参数。同时统计各种岩石弱化系数Kφ和Kc取值情况，为节理岩质边坡稳定性评价提供可靠参数；

步骤二，根据步骤一获取的参数，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，建立地震边坡多滑块阶梯状破坏模式计算模型；

步骤三，根据步骤二建立的计算模型，求解模型中划分的各滑块的尺寸及面积；滑块之间存在相对速度，相对速度间断面上将产生能量耗散，两滑块的绝对速度与相对速度组成一个速度场，根据速度场求解各滑块的绝对速度与相对速度；

步骤四，基于步骤一、二和三的前期准备工作，分别考虑节理间岩桥的张拉破坏和剪切破坏，求解边坡的内部能耗和外力做功，外力做功即重力做功、地震力做功和外部超载做功，根据虚功原理，内外功率相等，由此得到计算所需要的等式；

步骤五，基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS作为目标函数利用编程进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置；

步骤六，比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的破坏模式即为目标边坡的破坏模式并得到对应的安全系数和最不利潜在滑裂面位置，达成边坡的稳定性评价。

3.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤一中，边坡的参数包括：坡高H、坡度β、容重γ、粘聚力c_r、内摩擦角

节理倾角β_i、优势裂隙到坡顶点的水平距离L；节理面强度参数包括：粘聚力c_j、内摩擦角

4.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤一具体过程为：

基于能量观点，节理面的发育为坡体内部储存能量释放的结果，节理面的抗剪强度低于完整岩石的抗剪强度，节理岩体的抗剪强度整体表现为节理面对岩石抗剪强度的弱化；以岩桥抗剪强度参数

和c_r为基准，通过引入不同的弱化系数K_φ和K_c求得节理面的抗剪强度参数

和c_j如下：

上式中：

K_c分别为完整岩石发育为节理面内摩擦角对应摩擦系数弱化系数及粘聚力弱化系数，取值根据岩体完整性及裂隙发育程度确定，取值范围为0～1。

5.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤三具体过程为：

根据计算模型，求解各滑块尺寸；

根据正弦定理，求得三角形滑块相应尺寸之间的关系如下：

上式中：α_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在O点的夹角，δ_i(i＝1,2,3,4)为各滑块在B点的夹角，L为后缘拉裂缝到坡顶点的水平距离；

根据各滑块尺寸求解各滑块面积：

两滑块间绝对速度与相对速度组成速度场，根据正弦定理求得各滑块绝对速度与相对速度大小关系如下：

上式中：v_i为滑块的绝对速度，与节理面夹角为

与岩桥夹角为

v_r(i)为OB_i+1线上相对速度，与滑块间作用面的夹角均为

6.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤四具体过程为：

计算求解边坡的重力做功、地震做功、坡顶超载做功及内部能耗做功：

重力功率做功的计算公式为：

W_γ＝γ[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：γ为岩土体容重，ψi为绝对速度与竖直方向的夹角；

地震功率做功的计算公式为：

水平地震力功率：

P_h＝k_h·γ·[(S₁+S₂)·v₁·sinψ₁+S₃·v₂·sinψ₂+S₄·v₃·sinψ₃]；

上式中：k_h为水平方向地震加速度系数；

竖向地震力功率：

P_h＝k_v·γ·[(S₁+S₂)·v₁·cosψ₁+S₃·v₂·cosψ₂+S₄·v₃·cosψ₃]；

上式中：k_v为竖直方向地震加速度系数；

地面超载功率的计算公式为：

P_s＝σ_s·L·v₁·cosψ₁；

上式中：σ_s为地面超载；

速度间断面内部能耗的计算公式为：

根据虚功原理，内外功率相等：

P_γ+P_h+P_v+P_s＝P_c。

7.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤五具体过程为：

基于极限分析上限法，利用强度折减技术对节理面和岩桥的强度参数进行折减，并将折减系数FS看作目标函数，采用序列二次规划算法SQP编程对目标函数进行优化求解，得到临界安全系数和最不利潜在滑动面的位置。

8.如权利要求2所述基于岩桥与节理面强度参数弱化特性的地震边坡稳定性分析方法，其特征在于，所述步骤六具体过程为：

比较考虑节理间岩桥剪切破坏和张拉破坏分别得到的安全系数，安全系数较小的为最终的边坡破坏模式，该破坏模式对应的安全系数和最不利潜在滑动面为边坡的安全系数和最不利潜在滑动面。

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