[发明专利]一种块体地震动力响应的分析方法

说明书

本发明公开了一种块体地震动力响应的分析方法，步骤是：A、输入地震加速度时程数据与分析参数；B、选定块体任意坐标点为块体动参考点；C、针对第i个计算时间步，获得该时刻地震加速度分量；D、计算该时刻动参考点到块体各结构面的距离；E、块体预设接触状态为塌落，试算块体运动参数；F、块体预设接触状态为接触，进行块体运动方式判识与受力分析；G：计算块体加速度，试算块体运动参数；H：更新动参考点空间坐标；J：取嵌入量的结构面，将块体速度与加速度投影至该结构面法向；K：将嵌入的临界时间作为该计算时间步的时间间隔；L：进入第i+1个时间步分析；M：结束分析。方法易行，操作简便，分析速度快，计算精度高。

技术领域

本发明属于水利、交通、矿山等岩土工程技术领域，具体涉及一种块体地震动力响应的分析方法，尤其适用于边坡、地下与坝基工程岩体动力稳定性分析。

背景技术

工程岩体经受过复杂的地质作用后，其内部存在不同规模、性质各异的地质结构面(节理、裂隙、断层)，这些结构面彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等和成分各异的岩石块体。这些块体在开挖等工程扰动作用下暴露于岩体表面，具备了破坏临空面，在地震动作用下往往容易诱发塌落、滑动等失稳现象，严重危害社会发展和人民安全，其防治工作成为保障国家安全与社会经济发展的重大需求。

随着我国西部大开发战略的实施，水利、交通、矿山等工程建设规模的扩大，边坡、地下与坝基工程等岩石块体稳定性研究己越来越受到重视。然而，我国西部地区活动断裂发育，地震烈度高，20世纪以来，7级以上地震80余次，8级以上9次，为世界所罕见。因此，深入研究工程中岩石块体的地震动力稳定性可为工程规划与设计方案的比选、开挖、支护、监测等设计提供更加合理可靠的依据，具有重要的工程意义及社会发展意义。

块体理论是一种重要的工程岩石块体稳定性分析方法，最早由国际著名数学家、岩石力学家石根华博士于20世纪70年代提出，后来于1985年与R.E.Goodman教授共同编著《Block Theory and Its Application to Rock Engineering》，标识着块体理论体系正式形成。1988年，刘锦华，吕祖珩翻译出版了《块体理论在工程岩体稳定分析中的应用》一书，详细介绍了块体理论的基本原理，这开启了国内研究块体理论的大门。自提出以来，块体理论在块体识别、稳定性分析程序、不确定性分析与支护设计等方面快速发展，并在边坡工程、地下洞室、坝基等重大岩体工程中得到了广泛应用。

目前，块体理论在地震动力响应分析方面的应用基于Newmark有限滑动位移法，并已经积累了一定成果。有限滑动位移法由Newmark于1965年提出，将地震作用视为随时间变化的动力荷载，通过当前计算步内荷载、加速度、速度和位移的力学与积分关系获取下一计算时间步块体的运动状态与参数，从而实现地震作用下块体动力响应全过程分析；Newmark法概念清晰、计算简单，并以永久位移作为地震作用下块体动力稳定性分析的主要量化参数，打破了传统用安全系数评估地震稳定性评价的先河。

石根华博士基于块体理论与Newmark法，编写了块体地震动力分析计算程序，将其应用到了土石坝动力稳定性及抗震性能评价。但是，现有块体地震响应分析方法仍存在需要完善的地方，主要体现在：结构面通常考虑为无限延伸，假设块体所有结构面都始终保持接触状态，并忽略了运动过程实际接触面积的变化。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的是在于提供了一种块体地震动力响应的分析方法，方法易行，操作简便，分析速度快，计算精度高。充分考虑了块体运动过程中的接触状态与接触面积的变化，实现了地震作用下工程岩石块体动力响应全过程分析，为块体动力稳定性评价提供了理论与方法。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

其技术构思是：以地质调查与数学分析获得的块体与结构面几何和物理力学参数为基础，然后采用1965年Newmark在第五届朗肯讲座上提出的有限滑动位移方法(Newmark法)开展地震作用下块体动力响应分析，流程请见图1。