技术摘要：
本发明公开了一种昔格达组地层岩质边坡的地震惯性力计算方法，属于岩质边坡稳定性分析的技术领域。本发明采用了岩体参数的等效计算方法模拟了昔格达组地层岩体分布的不均匀性，采用了三角形单元实现了岩质边坡的空间离散，同时将地震波假设为简谐正弦波，建立了能够同  全部
背景技术：
昔格达组地层广泛分布于我国攀枝花、西昌地区，其是河湖相沉积地层，形成于晚 更新世与上第三系之间。昔格达组地层由不同颜色的粉砂岩和粘土岩互层的一套半成岩。 昔格达组地层的粉砂岩和粘土岩均属于极软岩，其抗压强度、抗拉强度和抗剪强度较低、容 易软化、极易崩解。近年来，攀枝花、西昌地区进行了大规模的基础设施建设，碰到了大量昔 格达组地层形成的岩质边坡，由于昔格达组地层工程性质极差，边坡常常发生坍塌、滑坡等 地质灾害，给人民生命、财产带来严重威胁。 攀西地区处于我国地震高烈度地区，地震活动较为频繁，攀枝花地区的地震烈度 为7度，西昌地区的地震烈度为9度。地震活动经常造成昔格达组地层岩质边坡发生失稳，因 此在评价昔格达组地层岩质边坡的稳定性时必须考虑地震的作用。在当前岩质边坡的稳定 性计算中常用拟静力法计算边坡的地震惯性力，但拟静力法只考虑地震波的空间效应，并 未考虑地震波传播的时间效应，使用拟静力法计算昔格达组地层岩质边坡的地震惯性力存 在理论上的不足。要准确计算昔格达组地层岩质边坡的地震惯性力需要解决以下几个问 题：(1)昔格达组地层属于软岩，互层的粉砂岩和粘土岩弹性常数相差较大，在空间上昔格 达组地层岩体分布不均匀，地震波在昔格达组地层岩质边坡中传播的规律与一般的均质岩 质边坡的规律不相同，需要考虑昔格达组地层中粉砂岩和粘土岩互层的不均匀性；(2)考虑 地震波传播的空间效应；(3)考虑地震波传播的时间效应。 为了进一步完善对昔格达组地层岩质边坡的稳定性的研究，应该增加计算昔格达 组地层岩质边坡的地震惯性力的方法，以填补现有方法的不足，并为昔格达组地层岩质边 坡的稳定性的研究提供依据。
技术实现要素：
本发明提供了一种昔格达组地层岩质边坡的地震惯性力计算方法，以获得昔格达 组地层岩质边坡各个单元地震惯性力。 本发明的技术方案是：一种昔格达组地层岩质边坡的地震惯性力计算方法，以昔 格达组地层岩质边坡为研究对象；采用岩体参数的等效计算方法模拟昔格达组地层岩质边 坡的不均匀性；采用三角形单元离散技术获得三角形单元的计算深度；并将地震波假设为 简谐正弦波，采用谐振动理论模拟地震波传播的时间效应，建立昔格达组地层岩质边坡各 个单元地震加速度的计算模型；建立昔格达组地层岩质边坡各个单元地震惯性力的计算模 型。 所述方法具体步骤包括： 步骤一、拟定昔格达组地层岩质边坡的计算参数，用于参与步骤二、步骤三、步骤 6 CN 111596356 A 说　明　书 2/12 页 四的计算；步骤二、步骤一的计算参数中的昔格达组地层岩质边坡的岩体参数的等效计算， 获得等效岩体参数；步骤三、给合步骤一的计算参数，使用三角形单元离散昔格达组地层岩 质边坡，并计算三角形单元的计算深度；步骤四、结合步骤一的计算参数、步骤二的等效岩 体参数、步骤三的三角形单元的计算深度，建立昔格达组地层岩质边坡各个单元地震加速 度的计算模型；步骤五、结合步骤二的等效岩体参数、步骤三离散昔格达组地层岩质边坡获 得的参数、步骤四的地震加速度，建立昔格达组地层岩质边坡各个单元地震惯性力的计算 模型。 所述昔格达组地层岩质边坡的计算参数包括：①岩质边坡的控制点的位置坐标、 岩质边坡的高度H；②粉砂岩、粘土岩的地层分布情况；③岩体参数；④确定地震振动周期T、 地震振动周期内的时步数量Nt、岩体的地震放大系数fs、水平向地震加速度系数kh、竖直向 地震加速度系数kv。 所述地层分布情况包括地层数量Ns、每一层岩体的厚度。 所述岩体参数包括每一层岩体的密度、剪切模量、泊松比；其中岩体分为粉砂岩、 粘土岩。 所述等效计算具体为： (1)昔格达组地层岩质边坡岩体的等效密度按下式计算： 式中，ρe是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效密度，ρk是昔格达组地层岩质边坡中 第k层岩体的密度，Dk是昔格达组地层岩质边坡中第k层岩体的厚度，k＝(1,…,Ns)Ns是地层 数量； (2)昔格达组地层岩质边坡岩体的等效剪切模量按下式计算： 式中，Ge是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效剪切模量，Gk是昔格达组地层岩质边 坡中第k层岩体的剪切模量； (3)昔格达组地层岩质边坡的等效泊松比按下式计算： 式中，νe是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效泊松比，vk是昔格达组地层岩质边坡 中第k层岩体的泊松比。 所述三角形单元的计算深度的步骤具体为： (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；使用三角形三 节点单元离散岩质边坡，每个单元有三个结点和一个形心，岩质边坡的三角形单元的个数 为Ne，每个三角形单元三个结点的位置坐标为 其中i＝(1,…,Ne)， 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 7 CN 111596356 A 说　明　书 3/12 页 第i个三角形单元第3个结点的x坐标， 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； (2)计算每个三角形单元形心的y坐标，具体按下式计算： 式中， 是第i个三角形单元的形心的y坐标； (3)计算昔格达组地层岩质边坡三角形单元的计算深度，具体按下式计算： 式中：Zi是岩质边坡第i个三角形单元的计算深度，H为岩质边坡的高度。 所述建立昔格达组地层岩质边坡各个单元地震加速度的计算模型步骤具体为： (1)地震发生时地震波引起的昔格达组地层岩质边坡岩体的等效剪切波波速按下 式计算： 式中， 是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效剪切波波速，Ge是昔格达组地层岩 质边坡岩体的等效剪切模量，ρe是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效密度； (2)地震发生时地震波引起的昔格达组地层岩质边坡岩体等效纵波波速按下式计 算： 式中， 是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效纵波波速，νe是昔格达组地层岩质 边坡岩体的等效泊松比； (3)昔格达组地层岩质边坡地震每个时步对应的计算时间按下式计算： 式中，tj是第j个时步对应的计算时间，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； (4)在第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的水平向地震加速度按 下式计算： 式中， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的水平向地震加速 度，i＝(1,…,Ne)，Ne是岩质边坡三角形单元的数量，H是岩质边坡的高度，Zi是岩质边坡第i 个三角形单元的计算深度，fs是岩体的地震放大系数，kh是水平向地震加速度系数，g为重力 加速度； (5)在第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的竖直向地震加速度按 8 CN 111596356 A 说　明　书 4/12 页 下式计算： 式中， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的竖直向地震加速 度，kv是竖直向地震加速度系数。 所述建立昔格达组地层岩质边坡各个单元地震惯性力的计算模型步骤具体为： (1)在第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的水平向地震惯性力按 下式计算： 式中， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的水平向地震惯性 力，i＝(1,…,Ne)，Ne是岩质边坡三角形单元的数量，j＝(1,…,Nt)，Nt是地震振动周期内的 时步数量，tj是第j个时步对应的计算时间， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三 角形单元的水平向地震加速度，ρe是昔格达组地层岩质边坡岩体的等效密度，g为重力加速 度， 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， 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； (2)在第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的竖直向地震惯性力按 下式计算： 式中， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的竖直向地震惯 性力， 是第j个时步昔格达组地层岩质边坡第i个三角形单元的竖直向地震加速度。 本发明的有益效果是：本发明采用了岩体参数的等效计算方法模拟了昔格达组地 层岩体分布的不均匀性，采用了三角形单元实现了岩质边坡的空间离散，同时将地震波假 设为简谐正弦波，建立了能够同时考虑岩体分布的不均匀性、地震波传播的空间效应和时 间效应的昔格达组地层岩质边坡地震惯性力的计算数学模型，使得本发明获取的昔格达组 地层岩质边坡地震惯性力较传统的方法获取的结果更加精确、便捷；可将其应用于昔格达 组地层岩质边坡地震稳定性的分析中，可为边坡设计提供可靠、准确的地震惯性力，该方法 是对岩质边坡地震惯性力计算方法的发展和完善。 9 CN 111596356 A 说　明　书 5/12 页 附图说明 图1为本发明技术路线图； 图2为实施例昔格达组地层岩质边坡几何形状示意图(单位：m)； 图3为昔格达组地层岩质边坡三角形单元示意图； 图4为实施例昔格达组地层岩质边坡三角形单元离散示意图； 图5为实施例昔格达组地层岩质边坡第5个三角形单元的水平向地震惯性力； 图6为实施例昔格达组地层岩质边坡第5个三角形单元的竖直向地震惯性力； 图7为实施例昔格达组地层岩质边坡第40个三角形单元的水平向地震惯性力时程 曲线； 图8为实施例昔格达组地层岩质边坡第40个三角形单元的竖直向地震惯性力时程 曲线； 图9为实施例昔格达组地层岩质边坡第100个三角形单元的水平向地震惯性力时 程曲线； 图10为实施例昔格达组地层岩质边坡第100个三角形单元的竖直向地震惯性力时 程曲线。