本发明专利技术是一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，其特点是，首先设定双折减系数比率，然后对属于强度参数的粘聚力和摩擦角正切值分别采用不同的折减系数，将折减后的强度参数输入到滑移线场理论特征线法计算得到极限状态下的边坡坡面曲线，简称极限稳定坡面，当极限稳定坡面与边坡坡面相交于坡脚时，判断边坡为极限状态，由此得到一系列设定的双折减系数比率对应的双折减系数，由此构建双折减系数倒数空间的临界状态曲线，由强度折减最短路径法计算临界点，得到双折减系数比率，再通过由双折减系数倒数空间推导的综合安全系数公式计算综合安全系数。具有科学合理，工程实用价值高，效果佳等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法
本专利技术属于边坡稳定性评价领域，具体涉及一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法。
技术介绍
边坡失稳会造成严重的经济损失和人员伤亡，因此边坡稳定性评价理论的研究具有重要的实践意义。强度折减法计算边坡安全系数时不需要假设和搜索临界滑裂面，相对于其它方法具有一定的优势。传统的强度折减法对强度参数(粘聚力c和摩擦角)采用单一折减系数F，已有试验研究(唐芬,郑颖人.边坡渐进破坏双折减系数法的机制分析[J].地下空间与工程学报,2008,4(3):436–441.)表明，边坡失稳过程中，粘聚力c和摩擦角具有不同的安全储备，对粘聚力c和摩擦角分别采用不同的折减系数，即双折减系数F1和F2更符合边坡实践。采用双折减系数强度折减法时，需要解决三个问题：(1)如何确定双折减系数比率k＝F2/F1值，目前没有明确的计算方法；(2)如何由双折减系数F1和F2计算综合安全系数FS，目前主要采用F1和F2平均值公式，没有明确的物理意义；(3)如何判断边坡在双折减系数F1和F2时的极限状态，即失稳判据的确定是一个难题，目前的失稳判据主要有以下两种方法：①计算不收敛，②特征点位移突变，以上失稳判据的不足是缺少客观量化指标，分析结果易受人为因素影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种科学合理，工程实用价值高，效果佳的均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，由滑移线场理论特征线法计算得到的极限稳定坡面与边坡坡面相交于坡脚作为边坡失稳判据，构建双折减系数倒数1/F2～1/F1空间的临界状态曲线(Marginalstateline)，通过强度折减最短路径法计算临界点，由此可得双折减系数比率和综合安全系数。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，其特征是，它包括以下内容：1)构建临界状态曲线(Marginalstateline)①由公式(1)设定双折减系数比率ki值:ki＝k0+i·Δk(1)式中，ki为双折减系数比率，即ki＝F2/F1，F2为粘聚力折减系数，F1为摩擦角正切值折减系数，k0为比率初始值，i＝1～n为自然数，Δk为比率值增量，得到一系列双折减系数比率值k1,……,ki,……,kn，当ki＝1时为传统的单折减系数强度折减法，即F2＝F1；②由公式(2)对强度参数进行折减，式中，c为粘聚力初始值，为摩擦角初始值，c1为粘聚力折减值，为摩擦角折减值；③将粘聚力折减值c1和摩擦角折减值代入到滑移线场理论特征线法计算极限状态下的边坡坡面曲线，简称极限稳定坡面，对设定的双折减系数比率ki值，得F2＝ki·F1，此时调整F1值计算得到不同的粘聚力折减值c1和摩擦角折减值因此由滑移线场理论特征线法计算得到的极限稳定坡面将发生变化，设坡脚为坐标原点，向上为y轴正半轴，向坡底一侧为x轴正半轴，当极限稳定坡面与边坡坡面相交坡脚时，即极限稳定坡面和坡底交点横坐标x1＝0时，判断边坡为极限状态，此时得到设定比率ki值对应的极限状态下双折减系数(F2crit,F1crit)i；④对步骤①设定的一系列比率值k1,……,ki,……,kn，重复计算步骤②和③，得到一系列的极限状态下双折减系数[(F2crit,F1crit)i＝1～n]，由此构建双折减系数倒数1/F2～1/F1空间的临界状态曲线(Marginalstateline)；2)计算双折减系数比率和综合安全系数⑤由强度折减最短路径法计算临界点：M0(1,1)代表1/F2～1/F1空间强度参数粘聚力和摩擦角未折减时的初始点，强度折减最短路径法目标函数为采用序列二次规划算法计算M0(1,1)到临界状态曲线(Marginalstateline)的临界点Mmin(1/F2crit*,1/F1crit*)，得到临界点的双折减系数比率k*＝F2crit*/F1crit*，同时也能够计算k＝1时的传统单折减系数强度折减路径Lk对应的点Mk(1/F2crit,1/F1crit)，此时F2crit＝F1crit；⑥在1/F1～1/F2空间中，初始点M0(1,1)对应的初始强度储备面积为S1＝1×1，临界点Mmin(1/F2crit*,1/F1crit*)对应的临界强度面积为S2＝(1/F2crit*)×(1/F1crit*)，初始点M0到临界点Mmin的强度面积折减倍数开平方即为综合安全系数计算为公式(3)：公式(3)代表了边坡由稳定到极限过程中强度参数的衰减程度。本专利技术的一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法与现有技术相比的有益效果是：(1)实现了双折减系数强度折减法失稳判据客观标准定量化，避免了人为因素影响；(2)构建了双折减系数倒数1/F2～1/F1空间的临界状态曲线(Marginalstateline)，由强度折减最短路径法计算临界点，同时得到双折减系数比率k值和综合安全系数FS，具有明确的物理意义；(3)为均质边坡稳定性评价提供了一种创新的分析方法，其科学合理，工程实用价值高，效果佳。附图说明图1是本专利技术双折减系数强度折减法失稳判据状态示意图：x1＝0时判断边坡为极限状态，x1>0和x1<0分别判断边坡为稳定和失稳状态；图2是本专利技术构建的临界状态曲线(Marginalstateline)示意图：临界状态曲线(Marginalstateline)以及由强度折减最短路径法计算临界点Mmin(F2crit*,F1crit*)和k＝1时的点Mk(F2crit,F1crit)；图3是本专利技术计算流程图；图4是参考文献给出的传统失稳判据计算双折减系数比率k＝0.9时的安全系数对比图；图中POINTA和POINTB及POINTC代表边坡中不同监测点；图5是本专利技术实施例1的失稳判据计算双折减系数比率k＝0.9时的安全系数对比图；图6是参考文献给出的传统双折减系数比率和综合安全系数的计算示意图；图7是本专利技术实施例1的双折减系数比率和综合安全系数的计算示意图；图8是参考文献给出的砂土双折减系数比率和综合安全系数的计算对比图：图9是本专利技术实施例2的砂土双折减系数比率和综合安全系数的计算对比图：图10是为参考文献给出的粘土双折减系数比率和综合安全系数的计算对比图，图11是本专利技术实施例2的粘土双折减系数比率和综合安全系数的计算对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术的一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，包括以下步骤：1)构建临界状态曲线(Marginalstateline)①由公式(1)设定双折减系数比率ki值:ki＝k0+i·Δk(1)式中，ki为双折减系数比率，即ki＝F2/F1，F2为粘聚力折减系数，F1为摩擦角正切值折减系数，k0为比率初始值，i＝1～n为自然数，Δk为比率值增量，由此可得一系列双折减系数比率值k1,……,ki,……,kn，当ki＝1时为传统的单折减系数强度折减法，即F2＝F1。②由公式(2)对强度参数进行折减，式中，c为粘聚力初始值，为摩擦角初始值，c1为粘聚力折减值，为摩擦角折减值。③本专利技术的主要创新点为：将粘聚力折减值c1和摩擦角折减值代入到滑移线场理论特征线法(陈震.散体极限平衡理论基础[M].北京:水利电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，其特征是，它包括以下内容：1)构建临界状态曲线(Marginal state line)①由公式(1)设定双折减系数比率ki值:ki＝k0+i·Δk (1)式中，ki为双折减系数比率，即ki＝F2/F1，F2为粘聚力折减系数，F1为摩擦角正切值折减系数，k0为比率初始值，i＝1～n为自然数，Δk为比率值增量，得到一系列双折减系数比率值k1,……,ki,……,kn，当ki＝1时为传统的单折减系数强度折减法，即F2＝F1；②由公式(2)对强度参数进行折减，
【技术特征摘要】
1.一种均质边坡稳定性评价的双折减系数强度折减法，其特征是，它包括以下内容：1)构建临界状态曲线(Marginalstateline)①由公式(1)设定双折减系数比率ki值:ki＝k0+i·Δk(1)式中，ki为双折减系数比率，即ki＝F2/F1，F2为粘聚力折减系数，F1为摩擦角正切值折减系数，k0为比率初始值，i＝1～n为自然数，Δk为比率值增量，得到一系列双折减系数比率值k1,……,ki,……,kn，当ki＝1时为传统的单折减系数强度折减法，即F2＝F1；②由公式(2)对强度参数进行折减，式中，c为粘聚力初始值，为摩擦角初始值，c1为粘聚力折减值，为摩擦角折减值；③将粘聚力折减值c1和摩擦角折减值代入到滑移线场理论特征线法计算极限状态下的边坡坡面曲线，简称极限稳定坡面，对设定的双折减系数比率ki值，得F2＝ki·F1，此时调整F1值计算得到不同的粘聚力折减值c1和摩擦角折减值因此由滑移线场理论特征线法计算得到的极限稳定坡面将发生变化，设坡脚为坐标原点，向上为y轴正半轴，向坡底一侧为x轴正半轴，当极限稳定坡面与边坡坡面相交坡脚时，即极限稳定坡面和坡底交点横坐标x1＝0时，判断边坡为极限状态，此时得到设定比率ki值对应的极限状态下双折减系数(F2crit,F1crit)i；④对步骤①设定的一系列比率...
【专利技术属性】
技术研发人员：方宏伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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