一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据方法技术

本发明专利技术提供了一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据方法，其特点是，该失稳判据方法通过不断折减强度参数，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

【技术实现步骤摘要】
一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据
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强度折减法失稳判据。
技术介绍
滑坡灾害直接影响到国家经济、社会可持续发展和人们生活的各个方面，会造成严重的生命财产损失。边坡稳定性评价是判断滑坡灾害是否发生、是否需要加固及采取何种防治措施的主要依据，因此边坡稳定性分析方法的研究是一项极具理论价值和重要实践意义的研究课题。近年来发展起来的强度折减法通过不断降低岩土体强度参数，使边坡达到极限平衡状态，从而直接求出滑动面位置与边坡强度储备安全系数，由于该法不需要假设临界滑裂面，因此成为研究的热点。强度折减法的关键问题是如何判断边坡在某个折减系数下濒临失稳状态，即失稳判据的确定，这是强度折减法应用于边坡稳定性分析的一个著名难题。目前的失稳判据主要有以下三种方法：①计算不收敛，②特征点位移突变，③塑性区贯通，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，某些情况下不可避免的导致人为错误。因此关于边坡稳定性强度折减法的失稳判据，目前只能仔细观察避免误判，或者采用试错法取值。失稳判据不但决定安全系数的计算结果，而且对确定临界滑裂面也有影响，因为塑性区贯通是边坡破坏的必要非充分条件，因此在确定临界滑裂面时，需要明确边坡处于极限状态，只有极限状态下的塑性应变贯通带才能作为临界滑裂面，而极限状态又取决于失稳判据的评判结果。在应用强度折减法计算边坡安全系数和确定临界滑裂面时，由于要不断折减强度参数，该过程是一个不断迭代过程，因此相对于其它方法所耗费时间较长。
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强度折减法失稳判据，能够通过由滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线与边坡坡面线是否交于坡脚作为边坡稳定性的判断依据。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据，其特征是，它包括以下内容：1)计算安全系数：(1)首先由公式(1)对强度参数进行折减，式中c为粘聚力，为摩擦角，Fi为折减系数，i为自然数；(2)计算滑移线场，设坡顶为坐标原点，坡体一侧为x轴正半轴，向下为y轴正半轴，Mα(xα，yα，θα，σα)为第α族滑移线上的点，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)为第β族滑移线上的点，采用折减后的强度参数c1和由公式(2-1)～(2-4)解得滑移线场上的点M(x，y，θ，σ)，式中为两族滑裂面交角平均值，其中：x横纵坐标值，y为纵坐标值，θ为最大主应力σ1与x轴交角，σ为特征应力：(3)计算极限坡面曲线：Mb(xb，yb，θb，σb)为极限坡面曲线已知点，M′β(x′β，y′β，θ′β，σ′β)为第β族滑移线上的已知点，采用折减后的强度参数c1和由公式(3-1)～(3-4)可解得极限坡面曲线上点Mij(xij，yij，θij，σij)：(4)设定边界条件：主动区OAB边界条件：主动区第α、β族已知计算点Mα和Mβ的横坐标x＝Δx·i，Δx为计算步长，该数值越小有限差分计算越精确，i为自然数，i＝0～N1，N1为步长数，取N1＝999，y＝0，主动区边界最大主应力与x轴交角主动区边界特征应力P为坡顶荷载，滑移线交点计算公式为(2-1)～(2-4)；被动区OCD边界条件：被动区滑移线交点计算公式依然为(2-1)～(2-4)，而极限坡面曲线，即OD线采用公式(3-1)～(3-4)，Mb第一个已知点就是坡顶原点数值，坐标值(xb，yb)＝(0，0)，过渡区OBC边界条件：过渡区滑移线交点计算依然为公式(2-1)～(2-4)，而过渡区边界点的特征应力为其中k＝0～N2，Δθ＝θIII-θI，N2为过渡区点剖分数，为满足Δθ≥0，则必须因此坡顶荷载最小值当边坡算例无外荷载时，对边坡坡顶施加Pmin，此时即Δθ＝0，取N2＝0；(5)计算极限坡面曲线与坡底地基线交点横坐标x1，此时变换坐标系，设坡脚为坐标原点，向上为y轴正半轴，向边坡体一侧坡底地基线为x轴正半轴，当x1>0时，判断边坡处于稳定状态，此时增大Fi，并重复步骤(1)～(4)，当x1＝0时，即极限坡面曲线与边坡坡面线相交于坡脚时，判断边坡处于极限状态，此时Fi为安全系数，当x1<0时，判断边坡处于破坏状态；(6)当边坡无外荷载时，需要在坡顶施加荷载最小值此为滑移线场理论计算极限坡面曲线的边界条件，也是失稳判据的边界条件，在确定临界滑裂面时，为保持边界条件不变，也要在坡顶施加Pmin；2)由有限差分法确定临界滑裂面：①根据边坡几何条件建立边坡计算模型，约束条件为边坡模型两侧水平约束，模型底部为全约束，在坡顶施加均布荷载Pmin；②将安全系数作为Fi折减后的强度参数c1和代入到有限差分法中计算塑性应变，其中最大塑性应变贯通带即为临界滑裂面。本专利技术的一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据与现有技术相比，所具有的有益效果是：(1)实现了失稳判据客观标准定量化，避免了人为因素影响；(2)将失稳判据计算安全系数与确定临界滑裂面分开进行，塑性应变贯通是边坡失稳的必要非充分条件，但如果先由失稳判据得到边坡的极限状态，再由有限差分计算塑性应变贯通带，则此时塑性应变贯通也满足充分条件，因此此时的塑性应变贯通即为临界滑裂面；(3)由于直接通过边坡极限状态下的塑性应变贯通带确定临界滑裂面，因此不必迭代计算，相对于已有的强度折减法可以明显减少运算时间；(4)其科学合理，工程实用价值高，效果佳。附图说明图1是：滑移线场理论计算极限坡面曲线示意图；图2是：考题a，计算步长Δx＝0.003，当Fi＝0.85时，x1＝4.014的失稳判据安全系数计算图；图3是：考题a，计算步长Δx＝0.003，当Fi＝1.015时，x1＝0.0126的失稳判据安全系数计算图；图4是：考题a，计算步长Δx＝0.003，当Fi＝1.15时，x1＝-3.2966的失稳判据安全系数计算图；图5是：剪胀角时，考题a临界滑裂面确定图；图6是：考题a临界滑裂面参考答案；图7是：考题b，计算步长Δx＝0.015，当Fi＝1时，x1＝8.1869的失稳判据安全系数计算图；图8是：考题b，计算步长Δx＝0.015，当Fi＝1.31时，x1＝0.0527的失稳判据安全系数计算图；图9是：考题b，计算步长Δx＝0.015，当Fi＝1.5时，x1＝-5.686的失稳判据安全系数计算图；图10是：剪胀角时，考题b临界滑裂面确定图；图11是：考题b临界滑裂面参考答案；图12是：失稳判据计算安全系数与确定临界滑裂面流程图；图13是：x1>0时，边坡处于稳定状态示意图；图14是：x1＝0时，边坡处于极限状态示意图；图15是：x1<0时，边坡处于破坏状态示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。本专利技术的一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据，包括以下内容：1)计算安全系数：(1)首先由公式(1)对强度参数进行折减，式中c为粘聚力，为摩擦角，Fi为折减系数，i为自然数；(2)计算滑移线场，设坡顶为坐标原点，坡体一侧为x轴正半轴，向下为y轴正半轴，Mα(xα，yα，θα，σα)为第α族滑移线上的点，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)为第β族滑移线上的点，采用折减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均质边坡稳定性强度折减法失稳判据，其特征是，它包括以下内容：1)计算安全系数：(1)首先由公式(1)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强度折减法失稳判据，其特征是，它包括以下内容：1)计算安全系数：(1)首先由公式(1)对强度参数进行折减，式中c为粘聚力，为摩擦角，Fi为折减系数，i为自然数；(2)计算滑移线场，设坡顶为坐标原点，坡体一侧为x轴正半轴，向下为y轴正半轴，Mα(xα，yα，θα，σα)为第α族滑移线上的点，Mβ(xβ，yβ，θβ，σβ)为第β族滑移线上的点，采用折减后的强度参数c1和由公式(2-1)～(2-4)解得滑移线场上的点M(x，y，θ，σ)，式中为两族滑裂面交角平均值，其中：x横纵坐标值，y为纵坐标值，θ为最大主应力σ1与x轴交角，σ为特征应力：(3)计算极限状态下的边坡坡面曲线，本发明简称极限坡面曲线：Mb(xb，yb，θb，σb)为极限坡面曲线已知点，M′β(x′β，y′β，θ′β，σ′β)为第β族滑移线上的已知点，采用折减后的强度参数c1和由公式(3-1)～(3-4)可解得极限坡面曲线上点Mij(xij，yij，θij，σij)：

【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