1.一种计算均质边坡极限地震作用系数的拟静力法,其特征是,它包括以下内容:
1)设定地震作用系数:
kH1=kH0+l·ΔkH (1)式中kH1为地震作用系数变化值,kH0为初始地震作用系数,ΔkH为地震作用系数增加值,l=1,2,3......N为自然数。
2)拟静力法滑移线场计算公式地震作用力下,应力平衡方程组为:式中σx和σy分别表示x和y方向正应力,τxy和τyx分别表示x和y方向剪应力,fx=γ·kH1,fy=γ·(1‑kV),γ表示容重,kH1和kV分别表示水平和竖直地震系数,kV=ξ·kH1,ξ为比例系数。
为了给出摩尔库伦准则中正应力以及剪应力的表达式,引入特征应力σ的公式:式中c为粘聚力和 为内摩擦角。
此时正应力和剪应力表达式为:式中θ为最大主应力σ1与x轴交角。
将(4)式代入(2)式中,并根据特征线法,可得地震作用下滑移线场理论两族(α和β族)特征线微分方程:
式中 为两族滑移线交角平均值。
采用差分法近似求解特征线方程(5)和(6),式中Mα(xα,yα,θα,σα)为α族上的点,Mβ(xβ,yβ,θβ,σβ)为β族上的点,(x,y)为坐标值,和
由公式(7)和(8)联立计算滑移线上的待求点M(x,y,θ,σ),公式为:由滑移线场理论计算得到边坡动力极限状态下的坡面曲线(简称动力极限坡面曲线)微分方程为: 与β族滑移线方程联立求解动力极限坡面曲线坐标点Mij(xij,yij,θij,σij):
式中Mb(xb,yb,θb,σb)和M′β(x′β,y′β,θ′β,σ′β)为动力极限坡面曲线和第β族滑移线已知点。
3)拟静力法滑移线场边界条件(1)主动区O1AB边界条件主动区第α、β族已知计算点Mα和Mβ的(x,y)为坡顶O1A坐标值,其中横坐标x=Δx·i,Δx为计算步长,i为自然数,i=0~N1,N1为步长数,纵坐标为坡高,主动区边界最大主应力与x轴交角:
式中 为地震动力引起的应力偏角,根据该公式可知,应力偏角和摩擦角必须满足关系式
主动区边界特征应力:
式中坡顶动力荷载 动力正应力σ0=P1·(1‑kV),动力剪应力τ0=P1·kH1,P1为坡顶荷载静力值, 滑移线交点计算公式为(9)~(12);
(2)过渡区O1BC边界条件过渡区已知边界点O1的(x,y)为坡肩坐标值,特征应力为:式中 k为自然数,k=0~N2,Δθ=θIII‑θI,N2为过渡区点剖分数,过渡区滑移线交点计算公式为(9)~(12);
(3)被动区O1CD边界条件Mb第一个已知点为坡肩O1的(x,y)坐标值,但特征应力值为 代入公式(19)可得 为满足Δθ≥0,则必须θIII≥θI,被动区滑移线交点计算公式为(9)~(12),动力极限坡面曲线OD采用公式(13)~(16)计算。
4)拟静力法失稳判据计算极限地震作用系数动力极限坡面曲线与坡底交点为(x1,0),由横坐标值x1的正负判断地震作用下拟静力法分析边坡稳定性的失稳判据:当x1>0时,判断边坡处于稳定状态,公式(1)中的地震作用系数增加值ΔkH为正值,可取0.01;当x1=0时,判断边坡处于极限状态,此时极限地震作用系数kHcrit=kH1;当x1<0时,判断边坡处于破坏状态,地震作用系数增加值ΔkH为负值,可取‑0.01。