強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及邊坡工程領(lǐng)域，尤其涉及一種強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是多地震國家，近年來發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震，如唐山大地震、汶川大地震等。根據(jù)近幾十年的地震次數(shù)和地震烈度分析，我國發(fā)生的地震有增大的趨勢，并且有震源淺，強(qiáng)度大，頻率高的特點(diǎn)，主要集中在中西部地區(qū)。同時(shí)我國又是一個(gè)多山國家，特別是西南地區(qū)有大量的自然邊坡，由于西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，建設(shè)了大量基礎(chǔ)設(shè)施，公路、鐵路、房屋建設(shè)、橋梁等。在山區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，由于地形地貌較復(fù)雜，各種類型的巖質(zhì)邊坡工程非常常見。巖石是自然界最為復(fù)雜的固體材料之一，在漫長的地質(zhì)歷史過程中，經(jīng)歷了多次地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力場的作用和改造，使原本完整的巖體變成不同程度損傷的地質(zhì)體，從而產(chǎn)生了形態(tài)各異、大小不等的節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面，甚至斷層。近年來，隨著巖土工程規(guī)模的不段擴(kuò)大，工程問題不斷增多，由于巖體中含有各種缺陷，包括微裂紋、孔隙以及節(jié)理裂隙等宏觀非連續(xù)面，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性與巖體中裂紋相互作用和貫通特性息息相關(guān)。巖石斷裂力學(xué)給出了均質(zhì)材料中特殊單一裂紋或者規(guī)律性分布裂紋的擴(kuò)展準(zhǔn)則和擴(kuò)展方向，但是在復(fù)雜多裂紋巖石的理論研究方面往往不如人意。綜上所述，含裂隙巖質(zhì)邊坡在地震荷載作用下，其受力機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，目前，國內(nèi)外針對(duì)邊坡靜力穩(wěn)定性分析理論有很多而且已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，而邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性分析還在發(fā)展階段不夠完善。同時(shí)，針對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的研究分析中，只考慮巖石裂隙的存在對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，或者只考慮地震作用對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，很少有研究同時(shí)針對(duì)裂隙和地震荷載同時(shí)作用對(duì)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析研究。同時(shí)，在設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化方面，目前研究成果通常都是針對(duì)某一具體工程，得到的典型參數(shù)具有特定區(qū)域性，代表性不足。并且目前基本都是針對(duì)單一問題進(jìn)行研究，很少有綜合考慮多重因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，不足以作為邊坡穩(wěn)定的充分判據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法，以解決上述問題。
[0004]本發(fā)明提供的強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法，包括
[0005]a.建立含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型，并且在所述含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型預(yù)置不同角度的裂紋；
[0006]b.向所述含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型輸入模擬地震波；
[0007]c.根據(jù)輸入模擬地震波后的含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型的受力結(jié)果，確定裂隙對(duì)坡體內(nèi)力在地震荷載下的影響。
[0008]進(jìn)一步，步驟c還包括
[0009]Cl.獲取相似模型在反復(fù)動(dòng)荷載作用下裂紋的演化過程。
[0010]3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法，其特征在于:步驟Cl之后還包括
[0011]c2.根據(jù)在不同荷載情況下裂紋的演化過程，確定相似模型在反復(fù)動(dòng)荷載作用下裂紋的演化機(jī)理。
[0012]進(jìn)一步，根據(jù)裂紋線場理論獲取脆斷區(qū)長度和荷載之間的關(guān)系，確定裂紋擴(kuò)展的演化機(jī)理。
[0013]進(jìn)一步，所述裂紋擴(kuò)展的演化機(jī)理的確定過程包括:
[0014]S1.分析含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型在反復(fù)動(dòng)荷載作用下裂隙巖體損傷斷裂過程，
[0015]s2.獲取裂隙巖體損傷演化規(guī)律和損傷演化過程的能量耗散機(jī)制，得出裂紋間斷應(yīng)力場能量場，
[0016]s3.確定出裂紋的啟裂擴(kuò)展方向，
[0017]s4.獲取含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型在不同荷載情況下到裂紋的演化過程。
[0018]進(jìn)一步，根據(jù)裂紋擴(kuò)展的演化機(jī)理，建立斷裂計(jì)算模型，所述斷裂結(jié)算模型為在反復(fù)動(dòng)荷載作用下裂隙擴(kuò)展與連接的力學(xué)模型。
[0019]進(jìn)一步，通過無網(wǎng)格粒子法計(jì)算模擬所述斷裂計(jì)算模型。
[0020]進(jìn)一步，將所述斷裂計(jì)算模型運(yùn)用到典型坡體結(jié)構(gòu)，獲取復(fù)雜裂隙對(duì)坡體內(nèi)力在地震荷載下的受力影響。
[0021]進(jìn)一步，建立含裂隙巖質(zhì)邊坡的滲流-應(yīng)力耦合模型，通過所述含裂隙巖質(zhì)邊坡的滲流-應(yīng)力耦合模型，進(jìn)行裂隙水對(duì)裂隙巖質(zhì)邊坡的受力分析。
[0022]進(jìn)一步，所述含裂隙巖質(zhì)邊坡的滲流-應(yīng)力耦合模型根據(jù)含裂隙巖體邊坡的滲留場利用離散網(wǎng)絡(luò)模型建立。
[0023]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明根據(jù)含裂隙巖質(zhì)邊坡在強(qiáng)地震作用下的破壞過程，從微觀的角度揭示巖質(zhì)邊坡在動(dòng)荷載作用下變形破壞的機(jī)理，提出一種新的基于斷裂力學(xué)的動(dòng)態(tài)巖石破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則，明確含裂隙巖質(zhì)邊坡在地震波傳播過程中應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，可以針對(duì)性的解決邊坡破壞后塊體的飛落對(duì)坡體周邊的影響，并提高含裂隙巖質(zhì)邊坡在強(qiáng)地震荷載下的穩(wěn)定性，提出合理經(jīng)濟(jì)的防護(hù)支擋體系，降低災(zāi)后破損坡體對(duì)周邊環(huán)境影響。通過本發(fā)明的分析方法可以建立規(guī)范化邊坡設(shè)計(jì)方法，為其在滑坡治理、高陡邊坡防護(hù)等工程中的推廣運(yùn)用奠定完善的研究基礎(chǔ)和依據(jù)。
【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0025]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明的流程示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明的無網(wǎng)格法計(jì)算模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:圖1是本發(fā)明的原理示意圖，圖2是本發(fā)明的流程示意圖。
[0029]如圖1、2所示，本發(fā)明中的強(qiáng)地震荷載下含裂隙巖質(zhì)邊坡沿深度變化的受力分析方法，包括
[0030]a.建立含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型，并且在所述含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型預(yù)置不同角度的裂紋；
[0031]b.向所述含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型輸入模擬地震波；
[0032]c.根據(jù)輸入模擬地震波后的含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型的受力結(jié)果，確定裂隙對(duì)坡體內(nèi)力在地震荷載下的影響。
[0033]本發(fā)明采用相似材料制作相似模型，并且預(yù)制不同角度的裂紋，通過向所述含裂隙巖質(zhì)邊坡相似模型輸入模擬地震波，觀察相似模型在軸向荷載和切向荷載作用下裂紋的演化過程，推導(dǎo)出裂紋間斷應(yīng)力場能量場，確定出裂紋的啟裂擴(kuò)展方向，得到在不同荷載情況下到裂紋的演化過程，明確反復(fù)動(dòng)荷載作用下裂紋的演化機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，從巖石破壞的微觀角度，將斷裂力學(xué)的概念引入到巖石強(qiáng)度理論研究中，提出一個(gè)新的在反復(fù)動(dòng)荷載作用下含裂隙巖體的強(qiáng)度準(zhǔn)則。
[0034]在本實(shí)施例中，根據(jù)相似模型研究裂隙巖體在反