水平地震力作用下隧道直边墙三维破坏形状的定位方法
专利汇可以提供水平地震力作用下隧道直边墙三维破坏形状的定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 水 平 地震 力 作用下隧道直边墙三维破坏形状的 定位 方法。本发明主要是：根据隧道所在地区抗震设防烈度，获得隧道水平地震作用 加速 度；根据围岩等级情况，获得围岩相关力学参数；计算直边墙三维破裂面处的内能耗散功率；计算直边墙三维坍塌体内地震荷载所做的外力功率；构建含有地震外力功率和内能耗散功率的泛函；根据变分法求极值的条件，确定三维破裂面形状函数；根据位移、 应力 边界条件以及 能量 守恒，确定三维破裂面形状函数的系数值；根据破裂面形状函数及其系数值，绘制三维破裂面形状图。本发明为不同水平地震作用下隧道直边墙的三维破坏形状提供了计算方法；根据破坏形状，可以为地震区隧道加固范围提供参考。，下面是水平地震力作用下隧道直边墙三维破坏形状的定位方法专利的具体信息内容。
1.一种水平地震力作用下隧道直边墙三维破坏形状的定位方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
(1)根据隧道所在地区抗震设防烈度，获得隧道水平地震作用加速度；
(2)根据围岩等级情况，获得围岩相关力学参数；
(3)计算直边墙三维破裂面处的内能耗散功率；
(4)计算直边墙三维坍塌体内地震荷载所做的外力功率；
(5)构建含有地震外力功率和内能耗散功率的泛函；
(6)根据变分法求极值的条件，确定三维破裂面形状函数；
(7)根据位移、应力边界条件以及能量守恒原理，确定三维破裂面形状函数的系数值；
(8)根据破裂面形状函数及其系数值，绘制三维破裂面形状图；
其具体过程如下：
(一)由以下公式计算直边墙三维破裂面处的内能耗散功率：
式中：ED为内能耗散功率；L为破裂面在边墙上投影长度的一半；σci为完整围岩抗压强度；σtm为围岩的抗拉强度；A、B为围岩参数，可以根据步骤(2)中查阅相关表格获得；f(x)为破裂面形状母线函数，f'(x)为f(x)的切线斜率，即一阶导数；x为破裂面形状母线函数f(x)中的x坐标值；v为破裂面上的间断速度；
(二)地震荷载所做的外力功率为：
式中：ηc为综合影响系数，岩石地基的明洞采用0.2，其它采用0.25；a为水平地震作用加速度，由步骤(1)确定；g为重力加速度；γ为围岩重度；为推导方便，令
(三)由地震外力功率和内能耗散功率构建的泛函如下：
式中：ξ为地震外力功率和内能耗散功率之差；
称为泛函数；
(四)步骤(三)中的泛函存在极值时，则由泛函的变分原理，可得其对应的欧拉方程为：
求解可得：
式中：ψ是ψ[f(x),f'(x),x]；c2是对欧拉方程求解并进行积分而得的常系数；
(五)步骤(四)中系数c2由以下步骤确定：
(a)由对称性可知，在破裂面顶部，其斜率为0，即f'(x)＝0，
可以求得：c2＝0；
从而：
式中：c3为函数f'(x)积分而得的系数；
(b)由几何条件：
可得，
式中：h为边墙破坏范围的深度；c3为函数f'(x)积分而得的系数，与步骤(5)中(a)的c3一致；
(c)由能量守恒原理，即外力功率与内能耗散功率相等，可得：
联立步骤(5)中的(b)和(c)中公式即可求得：
从而可得：
(d)破裂面形状母线函数f(x)绕Z轴旋转，即可得到三维破裂面函数：
(六)结合求得的三维破裂面函数z＝f(x，y)，及结合围岩相关参数及隧道所在区的水平地震动加速度，即可绘制破裂面的形状，从而确定地震下边墙的加固范围；并且根据破裂面在边墙上的范围2L，与隧道实际边墙的高度、宽度进行比较，如果边墙高度、宽度>2L，则地震下，边墙不会破坏；否则边墙会破坏，从而可以评估地震下边墙的安全性；进一步通过积分，则可获得地震下破坏的体积。
水平地震力作用下隧道直边墙三维破坏形状的定位方法
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具体实施方式
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