一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)方法，其特點是，該失穩(wěn)判據(jù)方法通過不斷折減強度參數(shù)，即粘聚力c和摩擦角正切值

Homogeneous slope stability, strength reduction method, instability criterion

The invention provides a stability reduction criterion for homogeneous slope stability strength reduction, which is characterized in that the instability criterion continuously reduces strength parameters, namely cohesion, C and friction angle tangent values

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)
本專利技術(shù)屬于邊坡穩(wěn)定性評價領(lǐng)域，具體涉及一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)。
技術(shù)介紹
滑坡災(zāi)害直接影響到國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和人們生活的各個方面，會造成嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。邊坡穩(wěn)定性評價是判斷滑坡災(zāi)害是否發(fā)生、是否需要加固及采取何種防治措施的主要依據(jù)，因此邊坡穩(wěn)定性分析方法的研究是一項極具理論價值和重要實踐意義的研究課題。近年來發(fā)展起來的強度折減法通過不斷降低巖土體強度參數(shù)，使邊坡達到極限平衡狀態(tài)，從而直接求出滑動面位置與邊坡強度儲備安全系數(shù)，由于該法不需要假設(shè)臨界滑裂面，因此成為研究的熱點。強度折減法的關(guān)鍵問題是如何判斷邊坡在某個折減系數(shù)下瀕臨失穩(wěn)狀態(tài)，即失穩(wěn)判據(jù)的確定，這是強度折減法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析的一個著名難題。目前的失穩(wěn)判據(jù)主要有以下三種方法：①計算不收斂，②特征點位移突變，③塑性區(qū)貫通，以上失穩(wěn)判據(jù)的不足是缺少客觀量化指標(biāo)，分析結(jié)果易受人為因素影響，某些情況下不可避免的導(dǎo)致人為錯誤。因此關(guān)于邊坡穩(wěn)定性強度折減法的失穩(wěn)判據(jù)，目前只能仔細觀察避免誤判，或者采用試錯法取值。失穩(wěn)判據(jù)不但決定安全系數(shù)的計算結(jié)果，而且對確定臨界滑裂面也有影響，因為塑性區(qū)貫通是邊坡破壞的必要非充分條件，因此在確定臨界滑裂面時，需要明確邊坡處于極限狀態(tài)，只有極限狀態(tài)下的塑性應(yīng)變貫通帶才能作為臨界滑裂面，而極限狀態(tài)又取決于失穩(wěn)判據(jù)的評判結(jié)果。在應(yīng)用強度折減法計算邊坡安全系數(shù)和確定臨界滑裂面時，由于要不斷折減強度參數(shù)，該過程是一個不斷迭代過程，因此相對于其它方法所耗費時間較長。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種科學(xué)合理，工程實用價值高，效果佳的均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)，能夠通過由滑移線場理論計算得到的極限坡面曲線與邊坡坡面線是否交于坡腳作為邊坡穩(wěn)定性的判斷依據(jù)。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)，其特征是，它包括以下內(nèi)容：1)計算安全系數(shù)：(1)首先由公式(1)對強度參數(shù)進行折減，式中c為粘聚力，為摩擦角，F(xiàn)i為折減系數(shù)，i為自然數(shù)；(2)計算滑移線場，設(shè)坡頂為坐標(biāo)原點，坡體一側(cè)為x軸正半軸，向下為y軸正半軸，Mα(xα，yα，θα，σα)為第α族滑移線上的點，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)為第β族滑移線上的點，采用折減后的強度參數(shù)c1和由公式(2-1)～(2-4)解得滑移線場上的點M(x，y，θ，σ)，式中為兩族滑裂面交角平均值，其中：x橫縱坐標(biāo)值，y為縱坐標(biāo)值，θ為最大主應(yīng)力σ1與x軸交角，σ為特征應(yīng)力：(3)計算極限坡面曲線：Mb(xb，yb，θb，σb)為極限坡面曲線已知點，M′β(x′β，y′β，θ′β，σ′β)為第β族滑移線上的已知點，采用折減后的強度參數(shù)c1和由公式(3-1)～(3-4)可解得極限坡面曲線上點Mij(xij，yij，θij，σij)：(4)設(shè)定邊界條件：主動區(qū)OAB邊界條件：主動區(qū)第α、β族已知計算點Mα和Mβ的橫坐標(biāo)x＝Δx·i，Δx為計算步長，該數(shù)值越小有限差分計算越精確，i為自然數(shù)，i＝0～N1，N1為步長數(shù)，取N1＝999，y＝0，主動區(qū)邊界最大主應(yīng)力與x軸交角主動區(qū)邊界特征應(yīng)力P為坡頂荷載，滑移線交點計算公式為(2-1)～(2-4)；被動區(qū)OCD邊界條件：被動區(qū)滑移線交點計算公式依然為(2-1)～(2-4)，而極限坡面曲線，即OD線采用公式(3-1)～(3-4)，Mb第一個已知點就是坡頂原點數(shù)值，坐標(biāo)值(xb，yb)＝(0，0)，過渡區(qū)OBC邊界條件：過渡區(qū)滑移線交點計算依然為公式(2-1)～(2-4)，而過渡區(qū)邊界點的特征應(yīng)力為其中k＝0～N2，Δθ＝θIII-θI，N2為過渡區(qū)點剖分?jǐn)?shù)，為滿足Δθ≥0，則必須因此坡頂荷載最小值當(dāng)邊坡算例無外荷載時，對邊坡坡頂施加Pmin，此時即Δθ＝0，取N2＝0；(5)計算極限坡面曲線與坡底地基線交點橫坐標(biāo)x1，此時變換坐標(biāo)系，設(shè)坡腳為坐標(biāo)原點，向上為y軸正半軸，向邊坡體一側(cè)坡底地基線為x軸正半軸，當(dāng)x1>0時，判斷邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時增大Fi，并重復(fù)步驟(1)～(4)，當(dāng)x1＝0時，即極限坡面曲線與邊坡坡面線相交于坡腳時，判斷邊坡處于極限狀態(tài)，此時Fi為安全系數(shù)，當(dāng)x1<0時，判斷邊坡處于破壞狀態(tài)；(6)當(dāng)邊坡無外荷載時，需要在坡頂施加荷載最小值此為滑移線場理論計算極限坡面曲線的邊界條件，也是失穩(wěn)判據(jù)的邊界條件，在確定臨界滑裂面時，為保持邊界條件不變，也要在坡頂施加Pmin；2)由有限差分法確定臨界滑裂面：①根據(jù)邊坡幾何條件建立邊坡計算模型，約束條件為邊坡模型兩側(cè)水平約束，模型底部為全約束，在坡頂施加均布荷載Pmin；②將安全系數(shù)作為Fi折減后的強度參數(shù)c1和代入到有限差分法中計算塑性應(yīng)變，其中最大塑性應(yīng)變貫通帶即為臨界滑裂面。本專利技術(shù)的一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的有益效果是：(1)實現(xiàn)了失穩(wěn)判據(jù)客觀標(biāo)準(zhǔn)定量化，避免了人為因素影響；(2)將失穩(wěn)判據(jù)計算安全系數(shù)與確定臨界滑裂面分開進行，塑性應(yīng)變貫通是邊坡失穩(wěn)的必要非充分條件，但如果先由失穩(wěn)判據(jù)得到邊坡的極限狀態(tài)，再由有限差分計算塑性應(yīng)變貫通帶，則此時塑性應(yīng)變貫通也滿足充分條件，因此此時的塑性應(yīng)變貫通即為臨界滑裂面；(3)由于直接通過邊坡極限狀態(tài)下的塑性應(yīng)變貫通帶確定臨界滑裂面，因此不必迭代計算，相對于已有的強度折減法可以明顯減少運算時間；(4)其科學(xué)合理，工程實用價值高，效果佳。附圖說明圖1是：滑移線場理論計算極限坡面曲線示意圖；圖2是：考題a，計算步長Δx＝0.003，當(dāng)Fi＝0.85時，x1＝4.014的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖3是：考題a，計算步長Δx＝0.003，當(dāng)Fi＝1.015時，x1＝0.0126的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖4是：考題a，計算步長Δx＝0.003，當(dāng)Fi＝1.15時，x1＝-3.2966的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖5是：剪脹角時，考題a臨界滑裂面確定圖；圖6是：考題a臨界滑裂面參考答案；圖7是：考題b，計算步長Δx＝0.015，當(dāng)Fi＝1時，x1＝8.1869的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖8是：考題b，計算步長Δx＝0.015，當(dāng)Fi＝1.31時，x1＝0.0527的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖9是：考題b，計算步長Δx＝0.015，當(dāng)Fi＝1.5時，x1＝-5.686的失穩(wěn)判據(jù)安全系數(shù)計算圖；圖10是：剪脹角時，考題b臨界滑裂面確定圖；圖11是：考題b臨界滑裂面參考答案；圖12是：失穩(wěn)判據(jù)計算安全系數(shù)與確定臨界滑裂面流程圖；圖13是：x1>0時，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)示意圖；圖14是：x1＝0時，邊坡處于極限狀態(tài)示意圖；圖15是：x1<0時，邊坡處于破壞狀態(tài)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式做進一步的詳細說明。本專利技術(shù)的一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)，包括以下內(nèi)容：1)計算安全系數(shù)：(1)首先由公式(1)對強度參數(shù)進行折減，式中c為粘聚力，為摩擦角，F(xiàn)i為折減系數(shù)，i為自然數(shù)；(2)計算滑移線場，設(shè)坡頂為坐標(biāo)原點，坡體一側(cè)為x軸正半軸，向下為y軸正半軸，Mα(xα，yα，θα，σα)為第α族滑移線上的點，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)為第β族滑移線上的點，采用折減本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)，其特征是，它包括以下內(nèi)容：1)計算安全系數(shù)：(1)首先由公式(1)對強度參數(shù)進行折減，

【技術(shù)特征摘要】
1.一種均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性強度折減法失穩(wěn)判據(jù)，其特征是，它包括以下內(nèi)容：1)計算安全系數(shù)：(1)首先由公式(1)對強度參數(shù)進行折減，式中c為粘聚力，為摩擦角，F(xiàn)i為折減系數(shù)，i為自然數(shù)；(2)計算滑移線場，設(shè)坡頂為坐標(biāo)原點，坡體一側(cè)為x軸正半軸，向下為y軸正半軸，Mα(xα，yα，θα，σα)為第α族滑移線上的點，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)為第β族滑移線上的點，采用折減后的強度參數(shù)c1和由公式(2-1)～(2-4)解得滑移線場上的點M(x，y，θ，σ)，式中為兩族滑裂面交角平均值，其中：x橫縱坐標(biāo)值，y為縱坐標(biāo)值，θ為最大主應(yīng)力σ1與x軸交角，σ為特征應(yīng)力：(3)計算極限狀態(tài)下的邊坡坡面曲線，本發(fā)明簡稱極限坡面曲線：Mb(xb，yb，θb，σb)為極限坡面曲線已知點，M′β(x′β，y′β，θ′β，σ′β)為第β族滑移線上的已知點，采用折減后的強度參數(shù)c1和由公式(3-1)～(3-4)可解得極限坡面曲線上點Mij(xij，yij，θij，σij)：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：方宏偉，
申請(專利權(quán))人：東北電力大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：吉林,22